КОАКСИАЛЬНАЯ ФИДЕРНАЯ ЛИНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H01P5/02 H01P3/08 

Изобретение относится к антенно-фидерной технике и может быть использовано в аппаратуре связи и микроволновых приборах и устройствах.

Известна линия передачи, выполненная в виде коаксиального волновода с двухсвязным поперечным сечением. Низшим типом волн в такой линии является волна ТЕМ, не обладающая дисперсией, поэтому изменение фазовой скорости в ней может быть осуществлено только для высших типов волн. Однако размеры сечения коаксиальной линии выбирают таким образом, чтобы исключить возможность их распространения [Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. T.1. М.: Высшая школа, 1970].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является конструкция замедляющей системы лампы с бегущей волной (ЛБВ), выполненная в виде цилиндрической спирали в металлическом экране с внутренними продольными ребрами. Использование такой замедляющей системы позволяет расширить полосу усиления ЛБВ и осуществить коррекцию ее дисперсионной характеристики [Пчельников Ю.Н., Лошаков Л.П., Кравченко Н.П.. Лысак А.Ю. Возможность расширения полосы усиления ЛБВ с помощью металлического экрана с продольными ребрами // Известия ВУЗов. Радиотехника. 1975. т.XVIII. №10]. Однако замедляющая система в ЛБВ является резонансным колебательным контуром и не имеет свойств линии передачи.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание коаксиальной фидерной линии, обладающей аномальной дисперсией и обеспечивающей распространение электромагнитных волн с фазовой скоростью, увеличивающейся с ростом частоты колебаний.

Поставленная техническая задача решается тем, что коаксиальная фидерная линия, внутренний проводник которой выполнен в виде цилиндрической спирали, а внешний проводник - в виде цилиндра с, по меньшей мере, двумя сквозными щелями, симметрично расположенными по образующим, согласно предложенному изобретению, снабжена, по меньшей мере, двумя разомкнутыми кольцевыми проводниками, охватывающими внешний проводник и размещенными друг от друга, на расстоянии, по меньшей мере, одной шестой длины замедленной волны.

Дополнительное отличие состоит в том, что на одном конце коаксиальной фидерной линии части цилиндра, разделенные щелями, соединены друг с другом радиальными перемычками.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где

на фиг.1 представлено продольное сечение коаксиальной фидерной линии.

на фиг.2 показано соединение цилиндрических частей внешнего проводника разомкнутым кольцевым проводником.

на фиг.3 показано соединение цилиндрических частей внешнего проводника радиальными перемычками.

на фиг.4 представлены дисперсионные характеристики коаксиальной фидерной линии.

Коаксиальная фидерная линия (фиг.1) включает внутренний проводник 1, которой выполнен в виде цилиндрической спирали, внешний проводник 2, выполненный в виде цилиндра с, по меньшей мере, двумя сквозными щелями 4, симметрично расположенными по образующим. Внешний проводник 2 охватывается, по меньшей мере, двумя разомкнутыми кольцевыми проводниками 5, которые размещены друг от друга, на расстоянии, по меньшей мере, одной шестой длины замедленной волны.

Работа коаксиальной фидерной линии осуществляется следующим образом.

Волна в коаксиальной фидерной линии возбуждается между внутренним цилиндрическим спиральным проводником 1 и внешним проводником 2 (фиг.1).

Предложенная конструкция внешнего проводника 2 обеспечивает практически полную концентрацию энергии электрического поля замедленной волны внутри коаксиальной фидерной линии. Электрическое соединение цилиндрических частей внешнего проводника 3, необходимое для возбуждения колебаний в линии, осуществляется разомкнутым кольцевым проводником 5, как показано на фиг.2. Если же кольцевой проводник замкнут, азимутальные токи, возникающие в месте соединения, уменьшают погонную индуктивность фидерной линии, которая приближенно может быть определена по формуле:

где μ₀ - магнитная проницаемость вакуума, b - радиус внутреннего спирального проводника, d - радиус внешнего проводника линии.

Возбуждаемый в кольцевом проводнике 5 ток невелик и существенного влияния на погонную индуктивность коаксиальной фидерной линии не оказывает (фиг.2).

Если ширина щелей 4 невелика по сравнению с шириной цилиндрических частей внешнего проводника 3, погонная емкость коаксиальной фидерной линии приближенно определяется емкостью между двумя цилиндрами с радиусами b и d:

,

где ε₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума.

Соединение цилиндрических частей внешнего проводника 3 должно осуществляться на расстоянии не менее одной шестой длины замедленной волны, т.е. вне области сосредоточения электромагнитного поля. Если коаксиальная фидерная линия подсоединена только одним концом, а на другом ее конце внутренний проводник (спираль) 1 и внешний проводник (цилиндр) 2 замкнуты друг с другом, то соединение цилиндрических частей внешнего проводника 3 должно осуществляться с помощью радиальных перемычек 6, как показано на фиг.3. При этом также не возникает азимутальных токов, уменьшающих погонную индуктивность линии.

Дисперсионное уравнение коаксиальной фидерной линии, полученное методом сшивания проводимостей электрического и магнитного типов [Лошаков Л.Н., Пчельников Ю.Н. Теория и расчет усиления лампы с бегущей волной. М.: Сов. радио, 1964], имеет вид:

где n - относительный коэффициент замедления. τ - поперечная постоянная волны в линии, I₀; K₀; I₁; K₁ - модифицированные функции Бесселя первого и второго рода, нулевого и первого порядка, - функция, характеризующая влияние внешнего проводника линии на внутренний спиральный проводник.

Возможность достижения поставленной цели подтверждается результатами численного расчета дисперсионного уравнения, полученными с помощью известной программы для ЭВМ «Mathcad».

На фиг.4 приведены дисперсионные характеристики коаксиальной фидерной линии в виде зависимостей коэффициента замедления от обобщенного параметра спирали Q_c=bktgФ (где k=2π/λ - волновое число, λ - длина волны в линии, Ф - угол намотки спирального проводника), при различном отношении радиуса внешнего проводника d к радиусу внутреннего спирального проводника b. Из представленных на фиг.4 зависимостей видно, что при d/b=1,5 и Q_c>2 дисперсионная характеристика оказывается практически горизонтальной, что соответствует минимальному значению дисперсии. При уменьшении отношения d/b дисперсия линии меняется с нормальной (d/b>1,5), при которой фазовая скорость волны уменьшается с ростом частоты, на аномальную, при которой увеличение частоты приводит к росту фазовой скорости волны (d/b<1,5).

Предложенное изобретение позволяет получить конструкцию коаксиальной фидерной линии, обладающей аномальной дисперсией и обеспечивающей распространение электромагнитных волн с фазовой скоростью, увеличивающейся с ростом частоты колебаний.

Изобретение относится к антенно-фидерной технике и может быть использовано в аппаратуре связи и микроволновых приборах и устройствах. Коаксиальная фидерная линия, внутренний проводник которой выполнен в виде цилиндрической спирали, а внешний проводник - в виде цилиндра с, по меньшей мере, двумя сквозными щелями, симметрично расположенными по образующим снабжена, по меньшей мере, двумя разомкнутыми кольцевыми проводниками, охватывающими внешний проводник и размещенными друг от друга, на расстоянии, по меньшей мере, одной шестой длины замедленной волны. На одном конце коаксиальной фидерной линии части цилиндра, разделенные щелями, могут быть соединены друг с другом радиальными перемычками. Коаксиальная фидерная линия обладает аномальной дисперсией и обеспечивает распространение электромагнитных волн с фазовой скоростью, увеличивающейся с ростом частоты колебаний. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Коаксиальная фидерная линия, внутренний проводник которой выполнен в виде цилиндрической спирали, а внешний проводник - в виде цилиндра с, по меньшей мере, двумя сквозными щелями, симметрично расположенными по образующим, отличающаяся тем, что снабжена, по меньшей мере, двумя разомкнутыми кольцевыми проводниками, охватывающими внешний проводник и размещенными друг от друга, на расстоянии, по меньшей мере, одной шестой длины замедленной волны.2. Коаксиальная фидерная линия по п.1, отличающаяся тем, что на одном конце коаксиальной фидерной линии части цилиндра, разделенные щелями, соединены друг с другом радиальными перемычками.