Волноводно-микрополосковый переход Российский патент 2024 года по МПК H01P5/107 

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) и крайне высокочастотной (КВЧ) технике и может быть использовано в области радиолокации, радионавигации, связи, антенно-фидерных системах и измерительной технике в качестве трансформирующего элемента между прямоугольными волноводными и микрополосковыми линиями передачи.

Уровень техники

Известен волноводно-полосковый переход (ВМП) (патент SU № 1513545, МПК H01P 5/107, опубл. 07.10.1989), содержащий отрезок прямоугольного волновода с закороченный торцевой стенкой, подключенный к отрезку полосковой линии, размещенной на диэлектрической подложке, через элемент связи, выполненный в виде полоска, являющегося продолжением токонесущего проводника отрезка полосковой линии.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является ВМП, полученный согласно способу реализации переходной структуры волновод-микрополоска миллиметрового диапазона волн (патент CN № 104934676, МПК H01P11/00, опубл. 23.09.2015), который содержит отрезки прямоугольного волновода и микрополосковой линии, соединённые перпендикулярно при помощи планарного элемента связи прямоугольной формы, выполненного металлическим напылением вместе с микрополосковой линией на диэлектрической подложке. Сторона подложки с элементом связи внесена во внутреннее пространство волновода.

Недостатком известных устройств является относительно узкий частотный диапазон рабочих частот.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции ВМП, которая обладает расширенным рабочим диапазоном частот.

Техническим результатом является расширение частотного диапазона рабочих частот

Технический результат достигается за счёт того, что в волноводно-микрополосковом переходе, содержащем перпендикулярное соединение двух отрезков линий передачи, выполненных в виде короткозамкнутого прямоугольного волновода и планарной линии, которое образовано полосковым излучателем, соединённым с планарной линией и являющимся частью металлического токопроводящего топологического рисунка, нанесённого на диэлектрическую подложку, которая частично внесена в полость прямоугольного волновода и расположена в плоскости симметрии его узких стенок, согласно предложенному решению, прямоугольный волноводно-микрополосковый переход выполнен в корпусе СВЧ/КВЧ-модуля, образованного совмещёнными основанием и крышкой, причем прямоугольный волноводный отрезок выполнен с подстроечным выступом, при этом три стенки прямоугольного волноводного отрезка сформированы внутренней поверхностью глухого паза, выполненного в основании корпуса, а четвёртая стенка образована сопрягаемой поверхностью крышки, и замыкает проводящий контур прямоугольного волноводного отрезка, открытый конец которого заканчивается торцевой волноводной фланцевой соединительной поверхностью СВЧ/КВЧ-модуля, образованного поверхностями основания и крышки, бóльшая ось симметрии полоскового излучателя параллельна короткозамкнутому торцу волновода, перпендикулярна его широкой стенке и находится на расстоянии, равном четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона волноводного отрезка.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлена часть СВЧ/КВЧ-модуля (далее - модуля) без крышки, в котором выполнен заявляемый ВМП, с различными вариантами подвода волноводного канала, представленными видами Б и Д; на фиг. 2 представлен вид сбоку модуля со стороны волноводного фланца (фиг.1), на фиг. 3 показана область сечения в ВПМ В-В на фиг. 1, на фиг. 4 показан выносной вид Г ВМП на фиг. 1, на фиг. 5 представлен изометрический вид сдвоенного макетного ВМП без крышки, на фиг. 6 представлены частотные зависимости амплитуд коэффициентов отражения и передачи сдвоенного макетного ВМП, выполненного согласно заявляемой конструкции.

На фиг 1-4 обозначено:

1 - основание (корпус модуля);

2 - крышка;

3 - прямоугольный волноводный отрезок;

4 - отрезок планарной линии;

5 - полосковый излучатель;

6 - топологический рисунок диэлектрической подложки;

7 - микрополосковый согласующий трансформатор;

8 - микрополосковая линия;

9 - диэлектрическая подложка;

10 - подстроечный выступ;

11 - волноводная фланцевая поверхность.

Осуществление изобретения

Изобретение представляет собой ВМП, интегрированный в СВЧ или КВЧ модуль, который образован совмещёнными основанием 1 и крышкой 2. ВМП состоит из двух последовательно соединённых отрезков линий передачи, а именно, прямоугольного волноводного отрезка 3, подводимого перпендикулярно к отрезку планарной линии 4. Соединение прямоугольного волноводного отрезка 3 и отрезка планарной линии 4 образовано полосковым излучателем 5, являющимся частью металлического токопроводящего топологического рисунка 6, который также включает микрополосковый согласующий трансформатор 7 и микрополосковую линию 8. Топологический рисунок 6 нанесён на диэлектрическую подложку 9, которая частично внесена в полость прямоугольного волноводного отрезка 3 и расположена в плоскости симметрии его узких стенок. Полосковый излучателя 6 имеет прямоугольную форму, причём его бóльшая ось симметрии параллельна короткозамкнутому торцу волновода и находится на расстоянии, равном четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона волноводного отрезка, и вместе с подстроечным выступом 10 в прямоугольном волноводном отрезке 3, образует электрическую колебательную систему с его стенками, изменяющую тип вводимых в неё волн. Три стенки прямоугольного волноводного отрезка 3 сформированы внутренней поверхностью полости, образованной глухим пазом, вырезанным продольно в основании 1 модуля, а четвертая стенка образована сопрягаемой поверхностью крышки 2, которая замыкает проводящий контур прямоугольного волноводного отрезка 3. Открытый конец прямоугольного волноводного отрезка заканчивается торцевой волноводной фланцевой поверхностью 11, которая образована поверхностями основания 1 и крышки 2.

В конструкции ВМП возможно выполнение прямоугольного волноводного отрезка 3 изогнутой или прямой формы, подводимого перпендикулярно к отрезку планарной линии 4 (фиг. 1).

Макет ВМП выполнен с прямоугольными волноводными отрезками 3 сечением 3,759х1,88 мм и волноводным фланцем 11 WR15. Микрополосковая линия 8 нанесена на диэлектрическую подложку 9 из оксида алюминия толщиной 0,254 мм и имеет ширину регулярного отрезка 0,11 мм.

Устройство работает следующим образом: распространяющаяся в прямоугольном волноводном отрезке 3 волна H₁₀, отражаясь от торцевой стенки, испытывает интерференцию, в результате которой на полосковом излучателе 5, наводится изменяющийся электрический потенциал, и происходит первичная трансформация волны H₁₀ волновода в поперечную (квази-ТЕМ) волну микрополосковой линии 8, окончательная трансформация которой происходит после прохождения микрополоскового согласующего трансформатора 7. Поскольку заявляемый ВМП является взаимным КВЧ- или СВЧ-устройством, то преобразование волны возможно и в обратном направлении.

Частотный диапазон работы заявляемого перехода перекрывает весь частотный диапазон работы прямоугольного волноводного отрезка 3 на основной моде, что достигается благодаря наличию подстроечного выступа 10 в волноводном отрезке 3, обеспечивающему работу колебательной системы излучатель-стенки в широком диапазоне частот.

Для демонстрации работоспособности заявляемого устройства на фиг. 6 представлены частотные зависимости амплитуд коэффициентов отражения и передачи в диапазоне 50-75 ГГц сдвоенного макетного образца заявляемого ВМП (фиг. 5), откуда видно, что частотный диапазон работы заявляемого устройства более чем в 5 раз шире частотного диапазона работы прототипа.

Изобретение относится к сверхвысокочастотной и крайне высокочастотной технике и может быть использовано в области радиолокации, радионавигации, связи, антенно-фидерных системах и измерительной технике в качестве трансформирующего элемента между прямоугольными волноводными и микрополосковыми линиями передачи. ВМП интегрирован в корпус СВЧ или КВЧ модуля, выполненного в виде совмещённых основания и крышки и образован последовательным соединением прямоугольного волноводного отрезка, подводимого перпендикулярно к отрезку планарной линии. Соединение прямоугольного волноводного отрезка и отрезка планарной линии образовано полосковым излучателем, являющимся частью металлического токопроводящего топологического рисунка, нанесённого на диэлектрическую подложку, которая частично внесена в полость прямоугольного волноводного отрезка и расположена в плоскости симметрии его узких стенок. Техническим результатом является расширение частотного диапазона рабочих частот. 6 ил.

Волноводно-микрополосковый переход, содержащий перпендикулярное соединение двух отрезков линий передачи, выполненных в виде короткозамкнутого прямоугольного волновода и планарной линии, которое образовано полосковым излучателем, соединённым с планарной линией и являющимся частью металлического токопроводящего топологического рисунка, нанесённого на диэлектрическую подложку, которая частично внесена в полость прямоугольного волновода и расположена в плоскости симметрии его узких стенок, отличающийся тем, что прямоугольный волноводно-микрополосковый переход выполнен в корпусе СВЧ/КВЧ-модуля, образованного совмещёнными основанием и крышкой, причем прямоугольный волноводный отрезок выполнен с подстроечным выступом, при этом три стенки прямоугольного волноводного отрезка сформированы внутренней поверхностью глухого паза, выполненного в основании корпуса, а четвёртая стенка образована сопрягаемой поверхностью крышки и замыкает проводящий контур прямоугольного волноводного отрезка, открытый конец которого заканчивается торцевой волноводной фланцевой соединительной поверхностью СВЧ/КВЧ-модуля, образованного поверхностями основания и крышки, ось симметрии полоскового излучателя параллельна короткозамкнутому торцу волновода, перпендикулярна его широкой стенке и находится на расстоянии, равном четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона волноводного отрезка.