Малогабаритная волноводная нагрузка Российский патент 2024 года по МПК H01P1/26 

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использовано в волноводных узлах систем связи и радиолокации, антенных решетках, измерительном оборудовании СВЧ.

В антенной технике и технике СВЧ часто существует необходимость применять согласованные волноводные нагрузки, которые закрывают СВЧ-тракты, обеспечивая при этом в СВЧ-тракте низкое значение коэффициента стоячей волны. Таких согласованных волноводных нагрузок в конструкции СВЧ-устройств может быть очень большое количество, что существенно увеличивает их массогабаритные параметры. Для снижения массогабаритных параметров необходимо в СВЧ-устройствах применять компактные согласованные волноводные нагрузки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является изобретение, описанное в патенте RU 2267194 (МПК: Н01Р 1/26, опубликован 27.12.2005). Данное изобретение представляет собой согласованную волноводную нагрузку, состоящую из закороченного с одной стороны отрезка прямоугольного волновода и радиопоглощающей среды - резистивной пленки, которая наносится на диэлектрическую пластину специальной формы. Диэлектрическую пластину с резистивной пленкой устанавливают перпендикулярно широким стенкам отрезка прямоугольного волновода на равном расстоянии от его коротких стенок. Недостатком данного изобретения является большие габаритные размеры данной согласованной волноводной нагрузки.

Предлагаемое изобретение устраняет вышеуказанный недостаток и решает задачу создания компактных согласованных волноводных нагрузок, которые могут использоваться в СВЧ-устройствах с целью уменьшения их массогабаритных параметров.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является существенное уменьшение физической длины согласованной волноводной нагрузки по сравнению с существующими аналогами при повышении качества согласования в заданном диапазоне частот.

Технический результат достигается тем, что малогабаритная волноводная нагрузка состоит из отрезка прямоугольного волновода с металлической стенкой, закрывающей с одной стороны этот отрезок прямоугольного волновода, и радиопоглощающей среды. Причем она отличается от прототипа тем, что в качестве радиопоглощающей среды на всю поверхность металлической стенки нанесено двухслойное магнитное радиопоглощающее покрытие (РПП), первый слой которого выполнен из материала, который представляет собой кремнийорганическое связующее, наполненное мелкодисперсным порошком карбонильного железа с гранулами сфероидальной формы, а второй слой выполнен из диэлектрического материала на основе кремнийорганического связующего, имеющего значение диэлектрической проницаемости в пределах от 2,0 до 2,5, при этом толщины обоих слоев РПП должны обеспечивать минимальный уровень отражения электромагнитной волны от металлической стенки, закрывающей с одной стороны отрезок прямоугольного волновода, в заданном диапазоне частот.

Сущность изобретения заключается в том, что в малогабаритной волноводной нагрузке, которая состоит из отрезка прямоугольного волновода с металлической стенкой, закрывающей с одной стороны этот отрезок волновода, и радиопоглощающей среды, в качестве радиопоглощающей среды на всю поверхность металлической стенки нанесено двухслойное магнитное радиопоглощающее покрытие (РПП), первый слой которого выполнен из материала, который представляет собой кремнийорганическое связующее, наполненное мелкодисперсным порошком карбонильного железа с гранулами сфероидальной формы, а второй слой выполнен из диэлектрического материала на основе кремнийорганического связующего, имеющего значение диэлектрической проницаемости в пределах от 2,0 до 2,5, при этом толщины обоих слоев РПП должны обеспечивать минимальный уровень отражения электромагнитной волны от металлической стенки, закрывающей с одной стороны отрезок прямоугольного волновода, в заданном диапазоне частот.

Применение в составе согласованной волноводной нагрузки магнитного РПП с толщинами, при которых обеспечивается минимальный уровень отражения электромагнитной волны от металлической стенки в заданном диапазоне частот, позволяет существенно снизить длину волноводной нагрузки.

Изобретение поясняется рисунком фиг.1, где изображена конструкция малогабаритной волноводной нагрузки. Малогабаритная волноводная нагрузка (фиг.1) состоит из отрезка прямоугольного волновода 1 с закрывающей с одной стороны этот отрезок волновода металлической стенкой 2. Длина широкой стенки волновода равна а узкой стенки - На всю поверхность закрывающей с одной стороны отрезок волновода металлической стенки 2 нанесено двухслойное магнитное РПП 3, слои которого имеют различную толщину.

Первый слой 4 РПП 3 выполнен из магнитного материала, который представляет собой кремнийорганическое связующее, наполненное мелкодисперсным порошком карбонильного железа с гранулами сфероидальной формы, средний размер частиц составляет от 1 до 5 мкм. Второй слой 5 РПП 3 является согласующим диэлектрическим слоем, представляющим собой кремнийорганическую матрицу с введенными в нее стеклянными микросферами. Каждый из слоев РПП 3 обладает различными значениями комплексной диэлектрической и комплексной магнитной проницаемости, приведенными в таблице 1.

Толщины первого 4 и второго 5 слоев магнитного РПП составляют t₁ и t₂. Величины t₁ и t₂ выбираются таким образом, чтобы отражение электромагнитной волны от закрывающей с одной стороны отрезок волновода 1 металлической стенки 2 было минимальным. Для обеспечения минимального уровня отражения электромагнитной волны необходимо определить толщины t₁ и t₂ первого и второго слоев РПП с помощью минимизации в заданном диапазоне частот значений модуля коэффициента отражения R. Коэффициент отражения вычисляется по формуле:

где Z_РПП - значение импеданса на поверхности РПП;

Z_{0 в} - волновое сопротивление волновода.

Волновое сопротивление волновода определяется по формуле:

где - постоянная распространения электромагнитной волны в волноводе;

k₀ - постоянная распространения электромагнитной волны в свободном пространстве;

λ₀ - длина электромагнитной волны в свободном пространстве;

- критическая длина волны в волноводе;

ω - круговая частота электромагнитной волны;

μ₀ - абсолютная магнитная проницаемость свободного пространства;

Значение импеданса на поверхности РПП вычисляется по формуле:

где - элементы матриц передачи длинных линий, эквивалентных первому или второму слоям РПП;

- постоянная распространения волны в волноводе в области первого или второго слоев РПП;

- волновое сопротивление волновода в области первого или второго слоев РПП;

ε_1,2, μ_1,2 - относительные диэлектрические и магнитные проницаемости первого или второго слоев РПП;

j - мнимая единица.

Результаты экспериментальных исследований частотной зависимости коэффициента отражения предлагаемой малогабаритной волноводной нагрузки представлены на фиг.2. Как видно из графика частотной зависимости, коэффициент отражения согласованной нагрузки не превышает величину минус 26.5 дБ в заданном диапазоне частот от F_н до F_в, что соответствует значению КСВН не более 1,1.

Таким образом, использование изобретения позволяет создавать малогабаритные согласованные волноводные нагрузки с низким уровнем КСВН в заданном диапазоне частот длиной не более 0,3 от длины волны в свободном пространстве на центральной частоте заданного диапазона.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ). Сущность изобретения заключается в том, что в малогабаритной волноводной нагрузке, которая состоит из отрезка прямоугольного волновода с металлической стенкой, закрывающей с одной стороны этот отрезок волновода, и радиопоглощающей среды, в качестве радиопоглощающей среды на всю поверхность металлической стенки нанесено двухслойное магнитное радиопоглощающее покрытие (РПП), первый слой которого выполнен из материала, который представляет собой кремнийорганическое связующее, наполненное мелкодисперсным порошком карбонильного железа с гранулами сфероидальной формы, а второй слой выполнен из диэлектрического материала на основе кремнийорганического связующего, имеющего значение диэлектрической проницаемости в пределах от 2,0 до 2,5, при этом толщины обоих слоев РПП должны обеспечивать минимальный уровень отражения электромагнитной волны от металлической стенки, закрывающей с одной стороны отрезок прямоугольного волновода, в заданном диапазоне частот. Технический результат – существенное уменьшение физической длины согласованной волноводной нагрузки при повышении качества согласования в заданном диапазоне частот. 2 ил.

Малогабаритная волноводная нагрузка, состоящая из отрезка прямоугольного волновода с металлической стенкой, закрывающей с одной стороны этот отрезок прямоугольного волновода, и радиопоглощающей среды, отличающаяся тем, что в качестве радиопоглощающей среды на всю поверхность металлической стенки нанесено двухслойное магнитное радиопоглощающее покрытие (РПП), первый слой которого выполнен из материала, который представляет собой кремнийорганическое связующее, наполненное мелкодисперсным порошком карбонильного железа с гранулами сфероидальной формы, а второй слой выполнен из диэлектрического материала на основе кремнийорганического связующего, имеющего значение диэлектрической проницаемости в пределах от 2,0 до 2,5, при этом толщины обоих слоев РПП должны обеспечивать минимальный уровень отражения электромагнитной волны от металлической стенки, закрывающей с одной стороны отрезок прямоугольного волновода, в заданном диапазоне частот.