Одноволновой диэлектрический волновод Советский патент 1984 года по МПК H01P3/16 

tft.i Изобретение дтносится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в линиях передачи, при емно-передающих трактах и схемах миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн. Известен одноволновой диэлектрический волновод, содержащий цилиндрический стержень из диэлектрика, окруженный плотно прилегающей оболо кой из другого диэлектрика tO. Недостатком одноволнового диэлек рического волновода является слишком узкий диапазон выбора диаметра стержня при заданных материалах сте ня и оболочки. Наиболее близким к изобретению является одноволновой диэлектрическ волновод, выполненный в виде диэлак рического стержня Г21. Недостатком известного одноволно вого диэлектрического волновода явл ется узкий диапазон рабоичх диаметр при заданных параметрах материала диэлектрического стержня. Цель изобретения - увеличение ди пазона рабочих диаметров при заданных параметрах материала диэлектрического стержня. Поставленная цель достигается тем, что в одноволновом диэле триче ком волноводе, выполненном в виде диэлектрического стержня, центральн часть диэлектрического стержня выпо нена сплошной, а внешняя - в виде периодической кольцевой ребристой структуры, при этом толщина каждого ребра плавно убьпвает от основания к вершине, а параметры периодической кольцевой ребристой структуры определяются соотношением 0,585 / Л 4T3d, О.К 1 диэлектрическая проницаемос материала диэлектрического стержня; - диаметр центральной части диэлектрического стержняj длина волны в вакууме, толщина ребра у основания, h - высота pe6paj Р - период периодической кольце вой ребристой структуры. На фиг. 1 представлен одноволновой диэлектрический волновод} на фиг. 2 - то же, вид сбоку. i Одноволновой диэлектрический волновод содержит диэлектрический стержень, состоящий из центральной части 1,выполненной сплошной, и внешней части, выполненной в виде периодической кольцевой ребристой структуры 2,а также границу 3 между центральной частью 1 диэлектрического стержня и периодической кольцевой ребристой структурой 2 и внешнюю границу 4 диэлектрического стержня. Одноволновой диэлектрический волновод работает следующим образом. По центральной части 1 диэлектрического стержня распространяется, последовательно отражаясь от границы 3 между центральной частью 1 диэлектрического стержня и периодической кольцевой ребристой структурой 2, волна низшего типа НЕ,, . Ввиду того, что периодическая коль-цевая ребристая структура 2 выполнена частопериодической (ее период Р меньше длины волны ) ), граница 3 действует на распространяющуюся волну как диэлектрик с усредненной диэлектрической проницаемостью, равной), (1) где 2)ц - толщина ребра у основания; Р - период периодической кольцевой ребристой структуры 2j . - диэлектрическая проницаемость материала диэлектрического стержня. Режим распространения (одноволновой или многоволновой) определяется разностью диэлектрических проницаемостей материала диэлектрического стержня и периодической кольцевой ребристой структуры 2, равной Л ()(4-ёур) . Наибольший диаметр центральной части 1 диэлектрического стержня при одноволновом режиме равен j 0.65JLОЛ65 CIvcP ,/- , . . . л л )(i -&H/p) Минимальньй диаметр d, при котоом волна эффективно направляется иэлектрическим стержнем, равен С, C3tt./4. Из соотношения для и (|ц получаем, что при варьировании ц./ Р от О до 0., 9 диаметр центральной части 1 диэлектрического стержня может быть выбран из диапазона O.SSl Q.5. o.bVi 4Y При отсутствии периодической коль цевой ребристой структуры 2 соответствующий диапазон изменения диаметра диэлектрического стержня равен ,, 0.55 J. Из сравнения этих диапазонов видно, что для диэлектрического стержня с периодической кольцевой ребристой структурой 2 он примерно в 4 раза шире, чем для известного при изготов лении их из одного материала, примем распшрение происходит в сторону увеличения диаметра. Часть энергии основной волны НЕ,, попадает в периодическую кольцевую ребристую структуру 2 и в общем случае, когда в ней имеются две отражающие границы: граница 3 и граница 4 - в ней формируются и распространяются ее собственные волны, которые имеют паразитньш характер. Подавление возбуждения этих волн в пре лагаемом одновйлновом диэлектрическо волноводе достигается за счет уменьшения толщины ребер от и на границе 2 до нуля на границе 4, при этом § (jcp на границе 4, согласно формуле (1), стремится к единице, т.е. к проницаемости окружающего воздуха, и на границе 4 нет скачка диэлектричес ких проницаемостей, вследствие чего отражение от нее отсутствует и теряются волноведущие свойства периодической кольцевой ребристой структуры 2. Из формулы для й% получаем соотно шение, связывающее параметры периоди ческой кольцевой ребристой структуры 2 с диаметром уентральной части 1 диэлектрического стержня при заданно материале 1-2:Ё85л х, -1 dT- Т Анализ формул для d, csftip и послед него неравенства показывает, что поожительньш эффект, производимый пеиодической кольцевой ребристой струкурой 2, а именно расширение диапазона выбора диаметра одноволнового иэлектрического волновода в сторону его увеличения, начинает заметно роявляться при отношении толщины ребра у основания к периоду большем, чем 0,1, Ь ,1, так как при очень тонких ребрах он по своим свойствам практически не отличается от известного волновода. Поэтому следует внести уточнение диапазона рц/р снизу, т.е. - . (f. Высота ребра К составляет --SoifCctдиаметр центральной части 1), при этом поле на внешней границе 4 одноволнового диэлектрического волновода пренебрежимо мало и он может быть на любую поверхность или опоры без возмущения поля в центре диэлектрического волновода. Основным техническим преимуществом предлагаемого одноволнового диэлектрического волновода является в несколько раз более широкий диапазон выбора величины диаметра его в сторону увеличения. Это позволяет выбирать для любого материала диаметр одноволнового диэлектрического волно-. вода оптимальньй с точки зрения согласования его с возбзгждающими, приемными и управляющими устройствами. Это дает возможность изготавливать одноволновой диэлектрический волн,овод с поперечным сечением в несколько раз большим, чем у извёстного, что удешевляет в несколько раз изготовление, так как в несколько раз расширяются допуски на изготовление и стыковку волноводов, увеличивает его прочность, обеспечивает его возбуждение, креп.пение, монтаж и эксплуатацию. Кроме того, периодическая кольцевая ребристая структура 2 изолирует волноведущую часть - центральную часть 1 от окружаю- щего пространства, в то время как в известных задача крепления и экранирования дизлектрического волновода весьма сложная.

ОДНОВОЛНОВОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОД, выполненньй в виде диэлектрического стержня, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона рабочих диаметров при заданных параметрах материала диэлектрического стержня, центральная часть диэлектрического стержня выполнена сплошной, а внешняя - в виде периодической кольцевой ребристой структуры, при этом толщина каждого ребра плавно убьтает от основания к вершине, а параметры периодической кольцевой ребристой структуры определяются соотношением лл А 0.595 - /h 3d 0.1 И. - диэлектрическая проницаемость материала диэлектрического стержня; a - диаметр центральной части диэлектрического стержня; Л длина волны в вакууме (Л i« - толщина ребра у основания; Н - высота ребра,Р - период периодической кольцевой ребристой структуры. ;о Ф