Волноводная нагрузка высокой мощности Российский патент 2022 года по МПК H01P1/24 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как самостоятельное устройство для поглощения электромагнитной волны на выходе СВЧ - волноводного тракта, так и в качестве элемента сложных функциональных устройств: направленных ответвителей, сумматоров мощности, измерительных мостов, фильтров и т.д.

Известна волноводная нагрузка (И.П. Бушминский "Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства" Учебное пособие для вузов М.: Высшая школа 1974 г. стр. 176 Рис. 3.3), содержащая короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода с фланцем на одном конце и короткозамыкающей металлической заглушкой внутри, закрепленной винтом к стенке волновода, на другом конце, а также размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель клинообразной формы, наклонная поверхность которого обращена к широкой стенке прямоугольного волновода.

Известна волноводная нагрузка (A.M. Чернушенко "Конструкция СВЧ устройств и экранов" Учебное пособие для вузов М.: Радио и связь 1983 г. стр. 123 Рис. 7.6), содержащая короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода с фланцем на одном конце, с радиаторными ребрами на внешней поверхности широких стенок и короткозамыкающей металлической заглушкой внутри на другом конце, размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель с пазом V-образной формы, наклонные поверхности которого обращены к широким стенкам прямоугольного волновода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является волноводная нагрузка для поглощения большой мощности (И.П. Бушминский "Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства" Учебное пособие для вузов М.: Высшая школа 1974 г. стр. 177 Рис. 3.4), содержащая корпус, состоящий из двух скрепленных винтами частей, образующих прямоугольный волновод (волноводную трубу), с охлаждающими ребрами на внешней поверхности, с фланцем на одном конце и короткозамыкающей металлической заглушкой внутри, закрепленной винтами, на другом конце, а также размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель клинообразной формы, взаимодействующий со стенками волновода и закрепленный к ним стопорными винтами.

Техническая проблема, решаемая созданием данного изобретения, заключается в том, что указанные выше устройства имеют высокую первичную рассогласованность СВЧ сигнала на входе, низкую эффективность охлаждения поглотителя и невысокую надежность его крепления в волноводе.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании волноводной нагрузки, обеспечивающей поглощение высокой мощности поглотителем при минимальных габаритах, с возможностью уменьшения уровня отраженного от нагрузки СВЧ-сигнала, улучшенной согласованностью сигнала с нагрузкой в волноводном канале, максимально равномерной характеристикой КСВН в рабочем диапазоне частот по уровню не более 1,2, а также высокой эффективностью охлаждения поглотителя и надежностью его крепления в волноводе.

Технический результат достигается тем, что волноводная нагрузка высокой мощности содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода с фланцем на одном конце, с охлаждающими ребрами на внешней поверхности и короткозамыкающей металлической заглушкой на другом конце, а также размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель, закрепленный на его стенках. Волноводная нагрузка отличается от прототипа тем, что волноводная труба прямоугольного волновода выполнена с симметричным расширением посредством ступенчатых переходов, при этом внутренние поверхности двух противоположных стенок со стороны фланца волноводной трубы переходят в поверхности стенок ее расширенной части с образованием расширенного канала прямоугольного волновода, а переходы выполнены в форме карманов в плане с острыми углами со скругленными вершинами, направленными к фланцу прямоугольного волновода. Поглотитель состоит из двух одинаковых симметрично расположенных частей клинообразной формы, наклонными поверхностями обращенных друг к другу, каждая из которых выполнена с прямоугольным основанием и вертикальными длинной и короткой стенками, при этом короткая стенка переходит в наклонную поверхность, которая с противоположной от основания стороны переходит в скос, выполненный под острым углом к длинной стенке, соразмерным острым углам карманов в стенках волноводной трубы. Торцевая поверхность каждой части поглотителя с противоположной от основания стороны скруглена радиусом, соразмерным радиусу скругленных вершин острых углов карманов волноводной трубы. Кроме этого волноводная нагрузка содержит вкладыш, размещенный с противоположной от фланца стороны в расширенном канале прямоугольного волновода и соразмерный данному каналу, выполненный с выступом на внутренней поверхности, с которой своими прямоугольными основаниями взаимодействуют части поглотителя. При этом выступ вкладыша взаимодействует с короткими стенками частей поглотителя, а зазор между внешней поверхностью вкладыша и короткозамыкающей металлической заглушкой заполнен теплопроводным компаундом. Обе части поглотителя установлены на теплопроводный клей по всем поверхностям, контактирующим со стенками волноводной трубы прямоугольного волновода и внутренней поверхностью вкладыша.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где

Фиг. 1 - общий вид волноводной нагрузки высокой мощности;

Фиг. 2 - вид А Фиг. 1;

Фиг. 3 - вид Б Фиг. 1;

Фиг. 4 - общий вид прямоугольного волновода;

Фиг. 5 - вид В Фиг. 4;

Фиг. 6 - вид Г Фиг. 4;

Фиг. 7 - общий вид одной из двух частей поглотителя;

Фиг. 8 - вид Д Фиг. 7;

Фиг. 9 - вид Е Фиг. 7;

Фиг. 10 - общий вид вкладыша;

Фиг. 11 - вид Ж Фиг. 10;

Фиг. 12 - общий вид короткозамыкающей металлической заглушки.

Фиг. 13 - вид И Фиг. 1.

Волноводная нагрузка высокой мощности содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода 1 (Фиг. 1, 3), внутри которого на стенках жестко закреплен поглотитель 2 (Фиг. 1, 2, 3, 7, 13), состоящий из двух одинаковых симметрично расположенных частей клинообразной формы. При этом наклонными поверхностями части поглотителя 2 обращены друг к другу, а остальными поверхностям взаимодействуют с внутренними поверхностями прямоугольного волновода 1 и с вкладышем 3 (Фиг. 1, 2, 10, 11, 13).

Прямоугольный волновод 1 представляет собой отрезок волноводной трубы 4 (Фиг. 4) с фланцем 5 (Фиг. 4) на одном конце, с охлаждающими ребрами 6 (Фиг. 4) на внешней поверхности по периметру стенок 7 (Фиг. 4, 6) и короткозамыкающей металлической заглушкой 8 (Фиг. 1, 2, 12) на другом конце.

Волноводная труба 4 прямоугольного волновода 1 выполнена с симметричным расширением посредством ступенчатых переходов (Фиг. 4). При этом внутренние поверхности 9 (Фиг. 4, 5) двух противоположных стенок со стороны фланца 5 волноводной трубы 4 переходят в поверхности 10 (Фиг. 4, 5, 6) стенок расширенной части волноводной трубы 4, с образованием расширенного канала прямоугольного волновода 1 шириной Н. Переходы выполнены в форме карманов 11 (Фиг. 4, 5) в плане с острыми углами α (Фиг. 5), вершины которых скруглены радиусом R (Фиг. 5). При этом углы α карманов 11 вершинами направлены к фланцу 5 волноводной трубы 4 прямоугольного волновода 1 (Фиг. 4).

По периметру прямоугольного волновода 1 в месте размещения короткозамыкающей металлической заглушки 8 выполнен посадочный поясок 12 (Фиг. 6).

Каждая из двух частей поглотителя 2 (Фиг. 1, 7) выполнена с прямоугольным основанием 13 (Фиг. 7, 8) и толщиной S у основания, с вертикальными длинной 14 (Фиг. 7, 9) и короткой 15 (Фиг. 7, 8) стенками. При этом короткая стенка 15 переходит в наклонную поверхность 16 (Фиг. 7, 8, 9), которая с противоположной от основания 13 стороны переходит в скос 17 (Фиг. 9), выполненный под острым углом β к длинной стенке 14 (Фиг. 9), соразмерным острым углам α карманов 11 (Фиг. 5). Торцевая поверхность 18 (Фиг. 9) каждой части поглотителя 2 с противоположной от основания 13 стороны выполнена скругленной радиусом R₁ (Фиг. 7), соразмерным радиусу R (Фиг. 5) скругленных вершин углов α карманов 11 волноводной трубы 4.

Вкладыш 3 (Фиг. 1, 2, 10, 11, 13) выполнен в виде пластины прямоугольной формы, соразмерной расширенному каналу волновода, с параллельными внешней 19 и внутренней 20 поверхностями (Фиг. 10), с симметричными скосами 21 (Фиг. 10) граней со стороны внешней поверхности 19. Со стороны внутренней поверхности 20 вкладыша 3 в центральной части выполнен выступ 22 (Фиг. 10, 11) трапециевидной формы в плане с симметричными ребрами 23 (Фиг. 10, 11) и с прямоугольной в плане торцевой поверхностью 24 (Фиг. 11), соединяющей широкие стенки 25 (Фиг. 10, 11). При этом длина L₂ (Фиг. 10) выступа 22 соразмерна длине L₁ короткой стенки 15 (Фиг. 8) частей поглотителя 2.

Части поглотителя 2 взаимодействуют с внутренними поверхностями 10 расширенного канала волноводной трубы 4 прямоугольного волновода 1 (Фиг. 1), при этом противоположной основанию 13 стороной части поглотителя 2 размещаются в карманах 11, взаимодействуя с ними своей торцевой поверхностью 18, скругленной радиусом R₁ (Фиг. 7), соразмерным радиусу R (Фиг. 5) скругления вершин углов α карманов 11 волноводной трубы 4.

Вкладыш 3 также взаимодействует с внутренними поверхностями 10 волноводной трубы 4 прямоугольного волновода 1 (Фиг. 1, 2). При этом внутренней поверхностью 20 вкладыш 3 взаимодействует с прямоугольными основаниями 13 каждой части поглотителя 2, а симметричными ребрами 23 выступа 22 взаимодействует с их короткими стенками 15 (Фиг. 1, 2, 13). Причем ширина S₁ (Фиг. 11) участка внутренней поверхности 20 вкладыша 3 меньше толщины S (Фиг. 7) частей поглотителя 2. Данное взаимодействие поглотителя 2 с вкладышем 3 с учетом соотношения размеров S и S₁ обеспечивает его дополнительное фиксирование в волноводной трубе 4.

Обе части поглотителя 2 установлены на теплопроводный клей 25 (Фиг. 2) по всем поверхностям, контактирующим со стенками волноводной трубы 4 прямоугольного волновода 1 и внутренней поверхностью 20 вкладыша 3, например, на клей К300-61, что повышает эффективность их охлаждения и механического крепления.

Установка частей поглотителя 2 на клей обеспечивает их фиксированное положение внутри канала прямоугольного волновода 1, при этом прямоугольная внутренняя поверхность 20 вкладыша 3 частично выполняет функции короткозамыкающей металлической заглушки.

Оптимальная длина L (Фиг. 7) каждой из частей поглотителя 2 находится в следующей зависимости:

где

L - длина каждой части поглотителя 2;

- длина волны в волноводе.

Короткозамыкающая металлическая заглушка 8 (Фиг. 1, 2, 12) выполнена коробчатого типа прямоугольной формы с внутренней полостью 26 (Фиг. 12), соразмерной посадочному пояску 12 (Фиг 6), выполненному по периметру на конце волноводной трубы 4.

Зазор между внешней поверхностью 19 вкладыша 3 и короткозамыкающей металлической заглушкой 8 заполнен теплопроводным компаундом 27 (Фиг. 2).

Примером использования волноводной нагрузки высокой мощности может служить узел волноводной нагрузки, например, модуля бортового блока как наземных, так и авиационных радиоэлектронных средств.

В состав устройства волноводной нагрузки высокой мощности входит прямоугольный волновод 1 (Фиг. 1) в виде отрезка волноводной трубы 4 (Фиг. 4) с размерами 23×10, с фланцем 5 на одном конце и короткозамыкающей металлической заглушкой 8 на другом конце, размещенной на посадочном пояске 12, выполненном по периметру на конце волноводной трубы 4.

Волноводная труба 4 данного прямоугольного волновода 1 выполнена с симметричным расширением посредством ступенчатых переходов, при этом внутренние поверхности 9 (Фиг. 4, 5) стенок волноводной трубы 4 со стороны фланца 5 ступенчато переходят в поверхности 10 (Фиг. 4, 5, 6) стенок расширенной части волноводной трубы 4, с образованием расширенного канала прямоугольного волновода 1 размером 31×10 (ширина канала Н=31 мм). Переходы выполнены в форме карманов 11 в плане с острыми углами α=60°, которые своими вершинами направлены к фланцу 5 прямоугольного волновода 1. При этом вершины углов α скруглены радиусом R=1 мм.

Поглотитель 2 (Фиг. 1) состоит из двух одинаковых частей и выполнен, например, из материала поглощающего - состав 19 ОСТ 107.460007.006-92.

Устройство позволяет обеспечить высокую надежность его работы, а также устойчивость к климатическим и механических воздействиям. При этом данное устройство может использоваться при конструировании сложных функциональных устройств блоков радиоэлектронных средств (РЭС), как бортовых авиационных РЭС, так и на различных объектах -носителях общего машиностроения, например, при конструировании направленных ответвителей, сумматоров мощности, измерительных мостов, фильтров и т.п.

Изобретение относится к технике СВЧ. Волноводная нагрузка высокой мощности содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода с фланцем на одном конце, с охлаждающими ребрами на внешней поверхности и короткозамыкающей металлической заглушкой на другом конце, а также размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель, закрепленный на его стенках. При этом волноводная труба выполнена с симметричным расширением посредством ступенчатых переходов, внутренние поверхности двух противоположных стенок со стороны фланца волноводной трубы переходят в поверхности стенок ее расширенной части с образованием расширенного канала прямоугольного волновода, а переходы выполнены в форме карманов в плане с острыми углами со скругленными вершинами, направленными к фланцу прямоугольного волновода. Поглотитель состоит из двух одинаковых симметрично расположенных частей клинообразной формы, наклонными поверхностями обращенных друг к другу, каждая из которых выполнена с прямоугольным основанием и вертикальными длинной и короткой стенками, при этом короткая стенка переходит в наклонную поверхность, которая с противоположной от основания стороны переходит в скос, выполненный под острым углом к длинной стенке, соразмерным острым углам карманов в стенках волноводной трубы. Волноводная нагрузка содержит вкладыш, размещенный с противоположной от фланца стороны в расширенном канале прямоугольного волновода и соразмерный данному каналу, выполненный с выступом на внутренней поверхности, с которой своими прямоугольными основаниями взаимодействуют части поглотителя. Технический результат – уменьшение габаритов, уровня отраженного от нагрузки СВЧ-сигнала, улучшение согласованности сигнала с нагрузкой. 2 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Волноводная нагрузка высокой мощности, содержащая короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода с фланцем на одном конце, с охлаждающими ребрами на внешней поверхности и короткозамыкающей металлической заглушкой на другом конце, а также размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель, закрепленный на его стенках, отличающаяся тем, что волноводная труба прямоугольного волновода выполнена с симметричным расширением посредством ступенчатых переходов, при этом внутренние поверхности двух противоположных стенок со стороны фланца волноводной трубы переходят в поверхности стенок ее расширенной части с образованием расширенного канала прямоугольного волновода, а переходы выполнены в форме карманов в плане с острыми углами со скругленными вершинами, направленными к фланцу прямоугольного волновода, поглотитель состоит из двух одинаковых симметрично расположенных частей клинообразной формы, наклонными поверхностями обращенных друг к другу, каждая из которых выполнена с прямоугольным основанием и вертикальными длинной и короткой стенками, при этом короткая стенка переходит в наклонную поверхность, которая с противоположной от основания стороны переходит в скос, выполненный под острым углом к длинной стенке, соразмерным острым углам карманов в стенках волноводной трубы, торцевая поверхность каждой части поглотителя с противоположной от основания стороны скруглена радиусом, соразмерным радиусу скругления вершин острых углов карманов волноводной трубы, кроме этого волноводная нагрузка содержит вкладыш, размещенный с противоположной от фланца стороны в расширенном канале прямоугольного волновода и соразмерный данному каналу, выполненный с выступом на внутренней поверхности, с которой своими прямоугольными основаниями взаимодействуют части поглотителя, при этом выступ вкладыша взаимодействует с короткими стенками частей поглотителя, а зазор между внешней поверхностью вкладыша и короткозамыкающей металлической заглушкой заполнен теплопроводным компаундом, причем обе части поглотителя установлены на теплопроводный клей по всем поверхностям, контактирующим со стенками волноводной трубы прямоугольного волновода и внутренней поверхностью вкладыша.

2. Волноводная нагрузка высокой мощности по п. 1, отличающаяся тем, что вкладыш выполнен с симметричными скосами граней со стороны внешней поверхности, а длина его выступа соразмерна длине коротких стенок частей поглотителя.

3. Волноводная нагрузка высокой мощности по п. 1, отличающаяся тем, что оптимальная длина L каждой из двух частей поглотителя находится в следующей зависимости:

,

где

L - длина каждой части поглотителя;

- длина волны в волноводе.