СВЧ-НАГРУЗКА ВЫСОКОГО УРОВНЯ МОЩНОСТИ Российский патент 2008 года по МПК H01P1/26 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах с высоким уровнем мощности.

Известна волноводная согласующая нагрузка, содержащая отрезок волновода и размещаемый в нем объемный поглощающий элемент, выполненный в виде пирамиды или конуса из диэлектрика с потерями (Ж.Будурис, П.Шеневье. Цепи сверхвысоких частот. М., Советское радио, с.94-95, 1979).

Недостатком известной конструкции является то, что при необходимости поглощения значительных мощностей в целях снижения удельной мощности на поверхности поглощающего элемента приходится применять волноводы увеличенного поперечного сечения, что, в свою очередь, приводит к увеличению габаритов устройств. Кроме того, теплоотвод из поверхностного слоя поглощающего элемента, в котором, собственно, и происходит поглощение электромагнитной волны, затруднен значительной толщиной самого поглотителя и его недостаточной теплопроводностью. Даже в случае применения керамических материалов возможен перегрев и разрушение рабочей поверхности объемного поглощающего элемента.

Известна СВЧ-нагрузка, содержащая пленочный резистор, расположенный на диэлектрическом основании, и включенная между отрезком СВЧ-тракта и заземленной пластиной. Нагрузка содержит несколько идентичных пленочных резисторов на диэлектрических основаниях, расположенных один над другим, соединенных друг с другом параллельно и образующих объемную резистивную секцию (Заявка на изобретение №2000129739, РФ, опубл. 10.11.2002). Данное техническое решение принимается заявителем и автором в качестве прототипа заявляемого предлагаемого изобретения.

Недостатком прототипа следует считать сложное конструктивное исполнение и недостаточно эффективный теплоотвод от элементов объемной резистивной секции.

Перед автором стояла задача создания СВЧ-нагрузки высокого уровня мощности, лишенной недостатков известных технических решений.

Поставленная задача решена тем, что в известной СВЧ-нагрузке высокого уровня мощности, содержащей отрезок волновода и диэлектрическую подложку, на одном из концов волноводного отрезка выполнен срез под углом к его продольной оси, на торце среза установлены диэлектрическая подложка и фланец, закрепленные на отрезке волновода.

Диэлектрическая подложка выполнена из керамики с высокой теплопроводностью.

На поверхность диэлектрической подложки со стороны волноводного канала нанесен слой коррозионно-устойчивого жаропрочного проводящего материала.

Фланец выполнен из металла.

Заявляемая СВЧ-нагрузка обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для устройств подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Заявляемая СВЧ-нагрузка, по мнению заявителя и автора, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов она явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известна из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей, где:

на фиг.1 представлен общий вид в разрезе;

на фиг.2 - общий вид сверху.

СВЧ-нагрузка содержит отрезок 1 волновода, диэлектрическую подложку 2, фланец 3. Диэлектрическая подложка 2 и фланец 3 закреплены на волноводе, например, пайкой 4. Волноводный отрезок 1 имеет канал 5. Во фланце 3 выполнены отверстия 6 для присоединения к системе теплоотвода. При этом на одном из концов волноводного отрезка 1 выполнен срез под углом α к его продольной оси.

С целью снижения теплового сопротивления участка «поглощающий слой - система теплоотвода» при сохранении габаритов устройства подложка 2 выполняется из термостойкого диэлектрика (например, окись бериллия, поликор, сапфирит и т.п.) с высокой теплопроводностью. При этом толщина подложки 2 не превышает миллиметра. На поверхность подложки 2, обращенную к волноводному каналу 5, наносится тонкая пленка коррозионно-устойчивого жаропрочного проводящего материала (например, вольфрама, тантала, хрома). Изменяя угол среза α и поверхностное сопротивление металлической пленки, можно в значительных пределах менять удельную мощность, поглощаемую поверхностью подложки, и, как следствие, локальные перегревы поглощающего слоя.

Устройство работает следующим образом.

Распространяющаяся в размерном волноводе электромагнитная волна, подаваемая на вход отрезка 1 волновода, попадает в канал 5 с потерями переменного сечения, образованный тремя стенками волновода и проводящим слоем на диэлектрической подложке. Относительно низкая проводимость нанесенного на подложку 2 проводника (при отработке конструкции использовались слои с поверхностным сопротивлением 20...150 Ом/□) приводит к поглощению (преобразованию в тепловую) энергии электромагнитной волны. Выделяющееся в слое проводника тепло через тонкую теплопроводную диэлектрическую подложку 2 и металлический фланец 3 передается на внешнюю систему теплоотвода, в качестве которой может использоваться как воздушный радиатор, так и система жидкостного отвода тепла.

На стадии разработки устройства угол α среза волновода изменялся в пределах от 3° до 20°. При этом коэффициент стоячей волны (КСВ) устройства составлял от 1,05 до 1,20. При углах α<10° КСВ предлагаемого устройства не превышал 1,10, что отвечает требованиям, предъявляемым к эталонным измерительным согласованным нагрузкам, а предельные размеры не превышают аналогичных размеров измерительных согласованных нагрузок низкого уровня мощности, применяющихся при точных измерениях параметров волноводных устройств.

При использовании согласованных нагрузок высокого уровня мощности предлагаемого типа с воздушным радиатором с S=400 см² в условиях принудительного воздушного охлаждения устройство на волноводе сечением 7,2×3,4 мм и длиной 80 мм рассеивает 200...250 Вт средней мощности без ухудшения параметров (КСВ<1,10 в полосе частот волновода).

На предприятии разработана конструкторская документация предлагаемого устройства, изготовлен опытный образец, успешно прошедший испытания.

Таким образом, предлагаемая СВЧ-нагрузка может быть неоднократно воспроизведена и применена в качестве оконечной нагрузки волноводных трактов с высоким уровнем мощности, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах с высоким уровнем мощности. Техническим результатом является улучшение согласования, повышение электропрочности и уменьшение размеров нагрузки. СВЧ-нагрузка высокого уровня мощности содержит отрезок (1) волновода и диэлектрическую подложку (2). Новым является то, что на одном из концов волноводного отрезка (1) выполнен срез под углом к его продольной оси, на торце среза установлены диэлектрическая подложка (2) и фланец (3), закрепленные на отрезке (1) волновода. В дополнительных пунктах формулы указано конкретное выполнение деталей волноводной нагрузки. 2 ил.

СВЧ-нагрузка высокого уровня мощности, содержащая отрезок волновода, на одном из концов которого выполнен срез под углом к его продольной оси, и диэлектрическую подложку, установленную на срезе, отличающаяся тем, что на поверхность диэлектрической подложки со стороны волноводного канала нанесен слой коррозионно-устойчивого жаропрочного проводящего материала, диэлектрическая подложка выполнена из керамики с высокой теплопроводностью, а на наружной поверхности диэлектрической подложки установлен металлический фланец, прикрепленный вместе с диэлектрической подложкой к волноводному отрезку.