Способ передачи электромагнитной энергии по квазиоптическому тракту на сверхразмерных круглых волноводах Советский патент 1993 года по МПК H01P5/12 

режимом передачи при D/Я 1, где А- длина волны в свободном пространстве, могут быть, как и в случае с режимом работы на волне Hoi незначительными, однако при кольцеобразных разрывах стенок круглого волновода в произвольных сечениях тракта и установке в этих разрывах крестообразных сочленений с квазиоптическими направленными ответвлениями или отражателей угловых поворотов тракта происходит преобразование суперпозиции рабочих типов волн и увеличение потерь передачи электромагнитной энергии.

Недостатком известного способа является отсутствие рекомендации по выбору расстояний от входной аппаратуры сверхразмерного тракта, возбуждаемого гауссовым пучком, на которых следует размещать квазиоптические направленные ответвите- ли и угловые повороты, расположенные в кольцеобразных разрывах круглого волновода, с тем, чтобы потери на преобразование суперпозиции рабочих типов волн Ни и ЕЦ были минимальными.

Цель изобретения -уменьшение потерь из-за преобразования волн Ни и En при включении неоднорбдностёй типа кольцеобразных разрывов стенок в сверхразмерном круглом волноводе - достигается тем, что неоднородности располагают на расстояния от входной аппертуры сверхразмерного круглого волновода, кратных длине волны биений между волнами Ни и ЕЦ.

При сравнении предлагаемого и известных способов было установлено, что у данного решения появляются свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, при этом делается вывод, что заявленное решение обладает существенной новизной и существенными отличиями.

На фиг. 1 изображена схема квазиоптического тракта на сверхразмерном круглом волноводе; на. фиг. 2 - структурная схема экспериментальной установки для измерения потерь в квазиоптическом тракте.

Рассмотрим работу квазиоптического тракта на свёрхразмерном круглом волноводе, возбуждаемого на входной апертуре гауссовым пучком при соотношении D, /ъ. В таком тракте в сечениях на расстояниях , определяемых из соотношения

Zn An,. (2)

2л:2О2 „-,„„ „2

где Л

1,748 DVA- длина

Avn2-Vn 2 волны биений волн Ни, ЕЦ.ТЦ 3,83; ,84; , 2,3,..., будет повторяться распределение поля, близкое к гауссову, имеющее уровень боковых лепестков в угловом распределении энергии в случае излучения

в свободное пространство - 44 дБ. Это обстоятельство свидетельствует о малых продольных токах, текущих по стенкам волновода в сечениях , и указывает на

5 возможность разрыва стенок волновода без заметного увеличения потерь передачи энергии для установки крестообразных сочленений с квазиоптическими направленными ответвителями, а также отражателей

0 угловых поворотов тракта.

Выражение для коэффициента преобразования щ по мощности суперпозиций волн Ни, ЕЦ с нормативными мощностями 0,843 и 0,157 соответственно в зависимости

5 от расстояния Z от входной апертуры с достаточной для практики точностью при имеет вид:

,731+0,252соз(2л2/Л).(3) Таким образом, г} является периодиче0 ской функцией от расстояния Z с максимальным и. минимальным значениями 0,983 и 0,48 соответственно. При равномерном законе распределения вероятности выбора расстояния Z, на котором может быть уста5 новлен элемент тракта, среднестатйческое ,73. Потери электромагнитной энергии на преобразование в кольцеобразных разрывах прямых секций, равных диаметру волновода ( ), оцениваются по формуле

0 для коэффициента преобразования расходящегося пучка в исходный, которая имеет вид:

1-2,17(А/0)М2,5(А/ОГ.

(4)

Расчеты показывают, что при соотноше5 нии ,114 такой разрыв вносит средне- статические потери, равные (i« )-1,5 дБ, В то же время такой разрыв волновода, расположенный на расстояниях входной апертуры тракта, кратных длине

0 волны биений волн Hit и ЕЦ вносит потери, равные 101д(#2} -ОЛЗд Б.

Пример конкретной реализации способа передачи электромагнитной энергии по квазиоптическому тракту на сверхразмер5 ных круглых волноводах изображен на фиг. 1. В квазиоптическом тракте с входной апертурой 1 и диаметром волновода, выбранным в соответствии с соотношением (1), гауссовым пучком возбуждаются волны

0 Ни и ЕЦ. Тракт содержит неоднородности типа кольцеобразный разрыв стенок волновода: квазиоптические направленные ответ- вители 2, установленные в диагональных плоскостях крестообразных сочленений,

5 волноводные изгибы 3. в виде плоских зеркал в угловых сочленениях, квазиоптические переключатели 4 в виде вращающегося - плоского зеркала, эквивалент антенны 5. Корпуса,этих элементов соединены в тракте

прямыми секциями 6, длины которых равны (или кратны) длине волны биений между волнами Hii и En. :

Экспериментальная установка для измерения потерь в квазиоптическом тракте собрана на базе автоматического измерителя КСВ и затуханий типа Р2-65 с генератором качающейся частоты 1 и индикатором 2. В качестве устройства возбуждения 3 гауссова пучка использовался двумодовый ко- нический рупор с корректирующей линзой, эффективно преобразующей волну Ню од- новолнового прямоугольного волновода в синфазную суперпозицию волн Ни, En свёрхразмерного круглого волновода, рас- пределение поля которой линейно-поляризовано и хорошо аппроксимируется функцией Гаусса. В конце исследуемого тракта также использовался приемный двумодовый конический рупор 4 с корректиру- ющей линзой, нагруженный на направленный ответвитель прошедшей волны. На экране индикатора затуханий высвечивалась частотная зависимость затухания прошедшей через исследуемый тракт мощ- ности. Таким образом измерялись затуха- ния, вносимые в тракт включением входящих в него элементов.

Рассмотрим результаты экспериментальных исследований тракта. Кольцеоб- разный разрыв тракта на величину диаметра при ,114 вносит поте- ри-(0,09...0,2) дБ в диапазоне частот вблизи расчетной на расстояниях от входной апертуры, равных или кратных долине волны би- ений. Потери, вносимые отражателем в угловом сочленении, размещенном в месте расположения указанного разрыва, составляют в среднем -0,15 дБ. Потери, вносимые четырехканальным квазиоптическим переключателем в виде отражателя в крестообразном сочленении, не превышает -0,2 дБ при любом положении отражающего зеркала. Отражатель, установленный в угловом сочленении, расположенном на расстоянии, равном или кратном половине длины волны биений, вносит потери - 2,4 дБ. Экспериментальные результаты в пределах погрешности измерений хорошо согласуются с теоретическими оценками.

Предлагаемый способ передачи электромагнитной энергии позволяет уменьшить потери в квазиоптическом тракте на сверхразмерном круглом волноводе, возбуждаемом гауссовым пучком, в среднем на 1,3 дБ в каждом элементе, и поэтому он удовлетворяет критерию положительный эффект.

Формула изобретения Способ передачи электромагнитной энергии по квазиоптическому тракту на сверхразмерных круглых волноводах, заключающийся в возбуждении волн Ни и En в сверхразмерном круглом волноводе с нормированными мощностями 0,843 и 0,157 соответственно, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь из-за преобразования волн Ни и En при включении нео- днородностейтипа кольцеобразный разрыв стенок в сверхразмерном круглом волноводе, неоднородности располагают на расстояниях от входной апертуры свёрхразмерного круглого волновода, кратных 1,748 D /А, где D - диаметр сверхразмерного круглого волновода, А - рабочая длина волны в свободном пространстве.

-&Н

сз

ho

r j -i1j:

tJ

$

/

V

N.

fVl