ТОРЦЕВОЙ ВОЛНОВОДНЫЙ ПЕРЕХОД С МЕТАЛЛИЧЕСКОГО НА ПОЛУЭКРАНИРОВАННЫЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОД Российский патент 2025 года по МПК H01P5/02 

Изобретение относится к области техники сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначено для коммутации полуэкранированнного диэлектрического волновода (ПЭДВ, NRD-waveguide) и прямоугольного металлического волновода в различных устройствах и позволяет преобразовывать основную моду H₁₀(ТЕ₁₀) прямоугольного металлического волновода в рабочую моду LSM₀₁ ПЭДВ.

Известно устройство «Направляющая цепь из неизлучающего диэлектрика» (NONRADIOACTIVE DIELECTRIC GUIDE CIRCUIT, JP2000022408A, МПК H01P5/02, H01P5/08), состоящее из неизлучающего диэлектрического волновода, металлического рупорного волноводного перехода и волноводной скрутки, подключаемой с торцевой стороны NRD.

Недостатком такого технического решения является большое число деталей и размеры конструкции.

Известно устройство - адаптер волновода (NRD - NRD guide - Waveguide Adaptor, KR 20020066312 A, МПК H01P5/02), содержащее волноводный фланец и участок прямоугольного металлического волновода, прямоугольной раструб, сопрягающий широкую сторону металлического волновода с металлическими пластинами, входящими состав ПЭДВ, диэлектрический стержень, выходящий из параллельных металлических пластин заостренным концом, погружается в раструб. Изобретением решается задача качественного согласования ПЭДВ и металлического волновода параметр S₁₂ в диапазоне частот от 58 до 62 ГГц стремится к -0,5 дБ.

Недостатком данного технического решения являются большие габаритные размеры, имеющие порядок от 10 до 15 длин волн и габаритное фланцевое соединение с NRD.

Известно устройство, описанное в изобретении «Способ непосредственного соединения NRD-волновода c прямоугольным волноводом и его NRD-волновод» ("Method for coupling an NRD waveguide with a rectangular waveguide directly and NRD waveguide thereof"), патент KR100502981B1 (МПК H01P5/02), состоящее из металлического фланца, участка прямоугольного волновода и сопрягающего рупора с фланцем для крепления к ПЭДВ, а диэлектрический стержень выходя из ПЭДВ заостренным концом погружается в прямоугольный металлический волновод проходя через сопрягающий рупор. Частотные характеристики S₁₂ в диапазоне частот от 36 до 41 ГГц лежат в пределах от -0,5 до -0,2 дБ.

Недостатком данного технического решения являются габариты устройства в части длины и ширины раструба.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, описанное в работе (Крутских В.В., Гурьянов А.Ю. Торцевые переходы с металлического на полуэкранированный диэлектрический волновод // 24-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2014). Севастополь, 7–13 сентября 2014 г.: материалы конф. в 2 т. – Севастополь: Вебер, 2014. – 1246 с., – 629-630 сс. DOI:10.1109/CRMICO.2014.6959560), содержащее фланец и участок металлического волновода, конические элементы участка перехода, заостренный диэлектрический волновод, острие которого доходит до линии раздела участка металлического волновода и участка ПЭДВ.

Недостатком данного технического решения являются габариты устройства в части суммарной длины перехода.

Технической задачей изобретения является уменьшение габаритных размеров устройства перехода с металлического на полуэкранированный диэлектрический волновод.

Техническим результатом изобретения является уменьшение ширины и длины устройства без ухудшения частотных характеристик (параметра S₁₂) в рабочем диапазоне частот.

Это достигается торцевым волноводным переходом с прямоугольного металлического на полуэкранированный диэлектрический волновод, содержащий фланец для стыковки с другим металлическим волноводом, участок прямоугольного металлического волновода, участок сопряжения, участок полуэкранированного диэлектрического волновода, содержащий две параллельные металлические пластины и расположенный между ними заостренный диэлектрический стержень, продольная ось симметрии всего устройства совпадает с продольной осью симметрии диэлектрического стержня и с продольными осями симметрии участка прямоугольного металлического волновода и участка сопряжения, согласно изобретению участок сопряжения выполнен из полостей в форме двух усеченных конусов с общим основанием на границе участков прямоугольного металлического волновода и полуэкранированного диэлектрического волновода, оси продольной симметрии которых совпадают, диаметр основания конусов равен диагонали участка прямоугольного металлического волновода, диаметр вершины усеченного конуса, направленного в сторону фланца для стыковки с другим металлическим волноводом, равен размеру узкой стенки прямоугольного металлического волновода, а диаметр вершины усеченного конуса, направленного в сторону участка полуэкранированного диэлектрического волновода, равен расстоянию между параллельными металлическими пластинами, заостренный диэлектрический стержень заточенной частью погружен в участок прямоугольного металлического волновода, проходя насквозь через участок сопряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство конструкций торцевого волноводного перехода на полуэкранированный диэлектрические волновод, металлические (или металлизированные) части конструкции приведены в полупрозрачном режиме отображения, диэлектрический элемент выделен заливкой.

На фиг. 2 изображена половина металлической (или металлизированной) конструкции торцевого волноводного перехода на полуэкранированный диэлектрический волновод, рассеченная центральной плоскостью симметрии устройства.

На фиг. 3 изображено продольное сечение устройства в плоскости нормальной к металлическим пластинам и проходящей через центральную линию симметрии.

На фиг. 4, 5, 6 показаны сечения в поперечной плоскости к направлению центральной оси устройства, без указания диэлектрического стержня.

На фиг. 4 показано сечение в части металлического волновода,

На фиг. 5 показано сечение на стыке металлического и полуэкранированного диэлектрического волновода, пунктиром изображено сечение прямоугольного металлического волновода диагональ, которого равна диаметру основания конуса сопряжения.

На фиг. 6 показано сечение регулярного участка ПЭДВ.

На фиг. 7 показаны графики частотной зависимости коэффициента прохождения S₁₂ для различных конструкций торцевого волноводного перехода на полуэкранированный диэлектрические волновод.

Торцевой волноводный переход с прямоугольного металлического на полуэкранированный диэлектрический волновод содержит фланец для стыковки с другим металлическим волноводом 1, участок прямоугольного металлического волновода 2, участок сопряжения 3, участок полуэкранированного диэлектрического волновода 4, в конструкцию которого входят две параллельные металлические пластины 5 и заостренный диэлектрический стержень 6. Продольная ось симметрии всего устройства совпадает с продольной осью симметрии диэлектрического стержня 6 и с продольными осями симметрии участка прямоугольного металлического волновода 2 и участка сопряжения 3. Диэлектрический стержень 6 расположен между параллельными металлическими пластинами 5, формирующими участок полуэкранированного диэлектрический волновода 4.

Участок сопряжения 3 выполнен из полостей в форме двух усеченных конусов с общим основанием на границе участков прямоугольного металлического волновода 2 и полуэкранированного диэлектрического волновода 4, оси продольной симметрии которых совпадают, диаметр основания конусов равен диагонали участка прямоугольного металлического волновода, диаметр вершины усеченного конуса, направленного в сторону фланца для стыковки с другим металлическим волноводом, равен размеру узкой стенки прямоугольного металлического волновода 2, а диаметр вершины усеченного конуса, направленного в сторону участка полуэкранированного диэлектрического волновода 4, равен расстоянию между параллельными металлическими пластинами 5, заостренный диэлектрический стержень 6 заточенной частью погружен в участок прямоугольного металлического волновода 2, проходя насквозь через участок сопряжения 3.

Торцевой волноводный переход на полуэкранированный диэлектрические волновод работает следующим образом.

Волна основного типа H₁₀ (ТЕ₁₀) прямоугольного металлического волновода поступает на участок прямоугольного металлического волновода 2. Силовые линии электромагнитного поля для этой волны направлены параллельно узкой стенке участка прямоугольного металлического волновода 2. За счет перпендикулярного расположения участка прямоугольного металлического волновода 2 и участка полуэкранированного диэлектрического волновода 4, электрическая составляющая поля электромагнитной волны оказывается параллельной металлическим пластинам 5 участка полуэкранированного диэлектрического волновода 4, формируя при этом рабочую моду LSM₀₁. Участок сопряжения 3 за счет плавной формы и диэлектрический стержень 6 за счет заострения минимизирует отражения электромагнитных волн от плоскости стыковки участка прямоугольного металлического волновода 2 и участка полуэкранированного диэлектрического волновода 4. Требуемой степени согласования устройства перехода можно добиться за счет подбора длины конусов участка сопряжения 3 и угла заострения диэлектрического стержня 6, погруженного в участок прямоугольного металлического волновода 2. Устройство работает и в обратном направлении, если возбуждена электромагнитная LSM₀₁ на участке полуэкранированного диэлектрического волновода 4, то протекая через диэлектрический стержень 6 волна возбуждает волну H₁₀(ТЕ₁₀) на участке прямоугольного металлического волновода 2, а участок сопряжения 3 позволяет минимизировать отражения на границе стыковки участка прямоугольного металлического волновода 2 и участка полуэкранированного диэлектрического волновода 4.

Устройство обладает теми же или лучшими характеристиками коэффициента S₁₂ в рабочем диапазоне частот, а именно для работы ПЭДВ в режиме неизлучения исключительно важно иметь наиболее гладкий и более крутой коэффициент прохождения S₁₂ вблизи критической частоты. На фиг. 7 приведены сравнения различных конструкций переходов подтверждающий эффективность участка сопряжения 3 в форме двух конусов с общим основанием (биконический - переход) с прямоугольного металлического на полуэкранированный диэлектрический волновод по сравнению с конструкцией в виде пирамидального раструба приведенных в прототипах изобретения.

Торцевой волноводный переход на полуэкранированный диэлектрический волновод может быть выполнен фрезерованием из металлической заготовки, методом штамповки или 3D печати с последующим электрохимическим напылением металла и полировкой внутренних поверхностей, диэлектрический стержень (элемент), может быть выполнен из диэлектрика путем штамповки, порошкового спекания, фрезеровки, 3D-печати. А также в рамках технологии SINDR для подключения к печатной плате, содержащей внутри полуэкранированный диэлектрический волновод.

Экспериментально доказано, что использование изобретения позволяет сократить размеры устройства перехода с прямоугольного металлического на полуэкранированный диэлектрический волновод с 8-10 длин волн до 4-5 длин волн без ухудшения параметров проходной характеристики, таких как ее изрезанность и средний уровень потерь передаваемой энергии.

Изобретение относится к радиотехнике. Торцевой волноводный переход с прямоугольного металлического на полуэкранированный диэлектрический волновод содержит фланец для стыковки с другим металлическим волноводом, участок прямоугольного металлического волновода, участок сопряжения, участок полуэкранированного диэлектрического волновода, содержащий две параллельные металлические пластины и расположенный между ними заостренный диэлектрический стержень, продольная ось симметрии всего устройства совпадает с продольной осью симметрии диэлектрического стержня и с продольными осями симметрии участка прямоугольного металлического волновода и участка сопряжения. При этом участок сопряжения выполнен из полостей в форме двух усеченных конусов с общим основанием на границе участков прямоугольного металлического волновода и полуэкранированного диэлектрического волновода, оси продольной симметрии которых совпадают, диаметр основания конусов равен диагонали участка прямоугольного металлического волновода, диаметр вершины усеченного конуса, направленного в сторону фланца для стыковки с другим металлическим волноводом, равен размеру узкой стенки прямоугольного металлического волновода. Технический результат - уменьшение ширины и длины устройства. 7 ил.

Торцевой волноводный переход с прямоугольного металлического на полуэкранированный диэлектрический волновод, содержащий фланец для стыковки с другим металлическим волноводом 1, участок прямоугольного металлического волновода 2, участок сопряжения 3, участок полуэкранированного диэлектрического волновода 4, содержащий две параллельные металлические пластины 5 и расположенный между ними заостренный диэлектрический стержень 6, продольная ось симметрии всего устройства совпадает с продольной осью симметрии диэлектрического стержня 6 и с продольными осями симметрии участка прямоугольного металлического волновода 2 и участка сопряжения 3, отличающийся тем что, участок сопряжения 3 выполнен из полостей в форме двух усеченных конусов с общим основанием на границе участков прямоугольного металлического волновода 2 и полуэкранированного диэлектрического волновода 4, оси продольной симметрии которых совпадают, диаметр основания конусов равен диагонали участка прямоугольного металлического волновода 2, диаметр вершины усеченного конуса, направленного в сторону фланца для стыковки с другим металлическим волноводом, равен размеру узкой стенки прямоугольного металлического волновода 2, а диаметр вершины усеченного конуса, направленного в сторону участка полуэкранированного диэлектрического волновода 4, равен расстоянию между параллельными металлическими пластинами 5, заостренный диэлектрический стержень 6 заточенной частью погружен в участок прямоугольного металлического волновода 2, проходя насквозь через участок сопряжения 3.