СВЧ-ВВОД АНТЕННОГО ТИПА Российский патент 2013 года по МПК H01Q1/00 

Устройство относится к области СВЧ и ускорительной техники и может быть использовано для подачи СВЧ сигнала на изолированные, находящиеся под высоким напряжением электроды.

Известен СВЧ ввод антенного типа, аналог, содержащий волноводные приемную и передающую СВЧ антенны, разделенные высоковольтным изоляционным промежутком, выполненный в виде двух рупоров - отрезков расширяющегося прямоугольного волновода ([1] - Богомолов А.С. Импульсный инжектор электронов. А.с. №438357. Опубл. в БИ, 1975, №47, с.170; [2] - Богомолов А.С., Закутов Е.М. Трехэлектродная пушка электронов с заземленным анодом и сверхвысокочастотной модуляцией пучка по сетке. ПТЭ, 1973, №3, с.23). За счет большого расстояния между антеннами устройство обладает высокой пробойной прочностью, однако при разнесении антенн неизбежно возникают потери СВЧ сигнала. Так, при обычно используемом в ускорительной технике напряжении 50 кВ, потери составляют около -6 дБ. СВЧ энергия излучается в окружающее пространство, что ограничивает область применения устройства.

Известен СВЧ ввод антенного типа, прототип, содержащий коаксиальные приемную и передающую СВЧ антенны, разделенные изоляционным промежутком, выполненный в виде двух частей коаксиальной линии, разорванной по внешней и внутренней жиле ([3] - Теория линий передачи сверхвысоких частот. Т.1. Перевод под редакцией А.И.Шпунтова. М., Советское радио, 1951, с.207-208). Для осуществления СВЧ контакта и уменьшения потерь места разрывов снабжены четвертьволновыми дросселями. Устройство обладает малыми потерями, однако в дроссельном соединении с малыми потерями расстояния между изолированными электродами также малы, устройство может использоваться при относительно небольшом, до 5 киловольт, напряжении и применяется для развязки по постоянному току в измерительных целях для уменьшения импульсных помех, например, при регистрации слабых СВЧ сигналов, а также для передачи СВЧ сигнала во вращающихся соединениях [3].

Задачей изобретения является разработка СВЧ ввода антенного типа, одновременно обладающего как высокой пробойной прочностью, так и малыми СВЧ потерями, за счет изменения конструкции.

Поставленная задача решается предложенным вариантом выполнения СВЧ ввода антенного типа.

Отличием от прототипа [3] является исполнение элементов обеспечения СВЧ контакта с малыми потерями и высоковольтной изоляции между антеннами.

Этот СВЧ ввод, как и описанный выше прототип антенного типа [3], выполнен также в виде двух антенн коаксиального типа, с разрывом коаксиальной линии по внешней и внутренней жиле. В отличие от прототипа, для осуществления СВЧ контакта, уменьшения потерь и обеспечения высоковольтной изоляции он состоит из двух симметричных частей разрезанного по плоскости симметрии, перпендикулярной продольной оси, полуволнового коаксиального проходного сильносвязанного резонатора, а между ними, симметрично относительно оси резонатора, установлен плоский изолирующий диэлектрический диск.

Заявленный СВЧ ввод антенного типа обладает высокой пробойной прочностью, не уступающей аналогу, и малыми, как у прототипа, СВЧ потерями, что видно из описания устройства и его работы и результатов сопоставления с устройством-аналогом и устройством-прототипом.

На фигуре представлен эскиз заявленного СВЧ ввода антенного типа.

Ввод содержит передающую 1 и приемную 2 антенны коаксиального типа, разделенные изолирующим диэлектрическим диском 3. Отрезок коаксиальной линии 4, ограниченный переходами 5, 6 с большого сечения на малое, образует полуволновый коаксиальный проходной сильносвязанный резонатор (далее - резонатор). Резонатор разрезан по плоскости симметрии, перпендикулярной продольной оси, и в этой плоскости, симметрично относительно продольной оси системы, установлен диэлектрический диск 3.

Ввод работает следующим образом.

СВЧ сигнал на антенный ввод подается от генератора через коаксиальную линию 4. При выбранной геометрии в резонаторе, образованном отрезком коаксиальной линии 4, ограниченном переходами 5, 6, возбуждается стоячая волна ТЕМ типа. Расстояние между переходами 5, 6 выбрано таким, что с учетом диэлектрического диска, на длине резонатора укладывается половина длины волны. В полуволновом резонаторе, в соответствии со структурой поля стоячей волны ТЕМ типа, в плоскости симметрии - месте расположения диэлектрического диска, формируется максимум радиального электрического поля, минимум угловой компоненты магнитного поля и, соответственно, минимум продольных СВЧ токов по внутренней и внешней жиле коаксиальной линии. Разрыв коаксиальной линии, в котором установлен диэлектрический изолирующий диск 3, не вызывает разрыва продольных токов и не нарушает структуру поля резонатора, по этой причине излученная волна не формируется, и СВЧ сигнал проходит резонатор практически без потерь.

Пробойная прочность определяется напряжением пробоя выбранного изолирующего диэлектрика. Например, при использовании керамического диска толщиной 5 мм достигается пробойная прочность более 150 кВ, что приемлемо для большинства приложений.

Было проведено сопоставление предлагаемого устройства, схема которого приведена на фигуре, с аналогом и прототипом. Для измерений в качестве устройства-аналога использовался рупорный антенный ввод, описанный в [2], в качестве прототипа - стандартная коаксиальная антенная развязка от измерительного прибора - к.с.в.-метра Р2-18А, выполненная в соответствии с [3] с разрывом внутренней и внешней жилы коаксиальной линии и установленными в месте разрывов четвертьволновыми дросселями. Во всех случаях измерялись коэффициенты передачи СВЧ сигнала и токи утечки при подаче высокого напряжения. Результаты измерений приведены в таблице.

Объект Устройство-аналог Устройство-прототип Заявленное устройство Напряжение, кВ 60 5 60 Ток утечки, мкА <10 10 <5 Коэффициент передачи, % 25 >98 >97

Результаты проведенных экспериментов подтверждают, что предлагаемый СВЧ ввод антенного типа одновременно обладает как высокой пробойной прочностью, так и малыми СВЧ потерями.

Устройство относится к области СВЧ и ускорительной техники и может быть использовано для подачи СВЧ сигнала на изолированные, находящиеся под высоким напряжением электроды. СВЧ ввод выполнен в виде двух антенн коаксиального типа, с разрывом коаксиальной линии по внешней и внутренней жиле. Для осуществления СВЧ контакта, уменьшения потерь и обеспечения высоковольтной изоляции он состоит из двух симметричных частей разрезанного по плоскости симметрии, перпендикулярной продольной оси, полуволнового коаксиального проходного сильносвязанного резонатора, а между ними, симметрично относительно оси резонатора, установлен плоский изолирующий диэлектрический диск. При выбранной геометрии в резонаторе возбуждается стоячая волна ТЕМ типа. С учетом диэлектрического диска на длине резонатора укладывается половина длины волны. В соответствии со структурой поля стоячей волны ТЕМ типа, в плоскости симметрии - месте расположения диэлектрического диска - формируется максимум радиального электрического поля, минимум угловой компоненты магнитного поля и, соответственно, минимум продольных СВЧ токов по внутренней и внешней жиле коаксиальной линии. 1 табл., 1 ил.

СВЧ-ввод антенного типа, содержащий приемную и передающую СВЧ-антенны, разделенные высоковольтным изоляционным промежутком, отличающийся тем, что указанные антенны выполнены в виде двух симметричных частей разрезанного по плоскости симметрии, перпендикулярной продольной оси, полуволнового коаксиального проходного сильносвязанного резонатора, а между ними в указанной плоскости симметрично относительно продольной оси резонатора установлен плоский изолирующий диэлектрический диск.