Гибкий волновод Советский патент 1993 года по МПК H01P3/16 

Изобретение относится к-диэлектрическим волноводам и может быть использовано при разработках волноводных трактов мм диапазона в системах связи.

Известны гибкие диэлектрические волноводы (ГДВ) из полимера в виде волнове- дущих стержней или трубок, однако поле в указанных волноводах не защищено от внешних воздействий.

Известен ГДВ, состоящий из волнове- дущей части, ленточной намотки из поглотителя электромагнитного экрана и дополнительной внешней защитной оболочки. Однако в указанном волноводе при фильтрации паразитных мод слоем поглотителя происходит увеличение погонных потерь на основной моде волновода за счет перераспределения части поля к оболочке из поглотителя.

Кроме того, при резких изгибах волновода возможно расхождение витков намотки, как поглощающей, так и экранирующей, что ведет к ухудшению электрической экранировки волновода.

Цель изобретения - уменьшение погонных потерь при фильтрации паразитных мод волновода, а также улучшение электрической экранировки при резких изгибах.

Указанная цель достигается тем, что в ГДВ с волноведущей частью защитная оболочка выполнена с внутренней ленточной намоткой из поглощающего материала шириной 3ti S а 4ti, где ti - шаг намотки, и толщиной b , где S - площадь поперечного сечения волноведущей части, а также внешней ленточноСз металлической намоткой, например из фольги, шириной 3ta b 4t2, где t2 - шаг намотки, причем снаружи намотка закреплена слоем каучуковой композиции.

Применение металлизации с целью экранировки и поглотителей широко известно из литературы по линиям связи. Однако указанная геометрия поглотителя, достаточно тонкого по сравнению с площадь волноведущей части, позволяет сохранить без изменения распределение оптической плотности

ч ю

КЭ

к

л

по сечению волновода, а значит, распределение поля основной моды и обеспечить фильтрацию паразитных мод без увеличения погонных потерь основной волны, что является новым свойством.

Кроме того, указанное выполнение, металлической экранировки м поглотителя гарантирует полную электрическую защиту при резких изгибах, что также является положительным свойством.

В результате предложенное техническое решение соответствует критерию существенные отличия,

На фиг, 1-3 изображены возможные варианты экранированных профилей ГДВ.

Предложенный волновод представляет собой волн сведущий стержень 1 произвольной конфигурации, окруженный защитным слоем 2. Последний может представлять собой либо вспененный полимер с относительной диэлектрической проницаемостью Ј , близкой к диэлектрической проницаемости воздуха (ф.иг.1), либо тонкую защитную оболочку, из полимера, окружающую полноведущий слой вместе с окружающим его воздушным .или пенистым заполнением, (фиг.2, 3). Поле канализируемой волны в ГДВ, изображенных на фиг.1-3, сосредоточено о центральной части поперечного профиля волновода и практически отсутствует на периферии защитного слоя 2.

Снаружи слоя 2 намотана тонкая лента из поглощающего материала 3, например, полиимидная пленка с напылением порошка из окислов железа. Далее на поглощающую пленку намотана тонкая ленточная металлическая фольга или металлизированный лавсан 4. Снаружи намотка скреплена декоративным слое каучуковой композиции 5, что улучшаетэластичнбсть всего волновода. В ряде случаев для дополнительного закрепления намотки используется полиэфирная нить б.

Для обеспечения надежной электрической экранировки, т.е; гарантированной сплошной металлической поверхности в защитной оболочке при резких изгибах ГДВ металлическая намотка. 4 выполнена с глубоким перекрытием.

Так, шаг намотки ti составляет -- - - , где а

-ширина металлизированной ленты. Указанный шаг позволяет обеспечить сплошную металлизацию в оболочке ГДВ при изгибе последнего с радиусами R 20 и менее, где А-длина волны.

Дальнейшее уменьшение шага металлической намотки нецелесообразно авмду связанного с этим ухудшением эластичности ГДВ и необходимости экономии .ленточной фольги.

ГДВ, защитная оболочка которого покрыта металлической пленкой, представляет собой металлодиэлектрический волновод, в котором помимо основной моды - поверхностной волны, могут возникать т.н. металлические моды, т.е. моды полого металлического волновода, в данном случае являющиеся паразитными. Таким образом ГДВ с металлизированной оболочкой становится многомодовым волноводом. Вероятность возникновения паразитных мод особенно велика при изгибах ГДВ.

15

При этом нарушается равномерность амплитудно-частотной характеристики, возникает нестабильность модуля коэффициента передачи и фазы в канализируемой волне. Чтобы избехоть этого необходимо обеспечить фильтрацию паразитных мод, для чего в данной конструкции Ыужит внутренний слой поглотителя 3, нанесенный под металлизацию 4. Все применяемые в настоящее время поглотители представляют собой смолы, либо полимеры с наполнением (окислы железа, графит и т.п.). ft

Диэлектрическая проницаемость указанных материалов соизмерима или гораздо больше диэлектрической проницаемости волноведущей части ГДВ. В связи с этим при достаточной толщине поглотителя возпикает опасность искажения распределения оптической плотности в поперечном сечении ГДВ и отсоса значительной части поля на оболочку. При этом возрастают погонные потери в волноводе. Чтобы избежать этого явления толщина поглотителя b

(слой 3) должна быть достаточно тонкой по

сравнению с площадью поперечного сечения аолноведущей части S (слой 1). Расчеты

и эксперименты показывают, что для пере- :

дачи поверхностной волны без искажений b не должно превосходить VS/20 . При этом тангенс угла диэлектрических потерь слоя 3 должен быть достаточно велик, (tg д 0,5), чтобы обеспечить надежную фильтрацию

(затухание) паразитных мод.

Указанные требования к поглотителю удобнее всего реализовать в виде ленточной наметки, причем ширина поглощающей ленты лежит в пределах: 3t7 b 4t2, где t - шаг намотки.

В этом случае, также как и для металлической намотки, при изгибе ГДВ с радиуса- ми в защитной оболочке гарантирована сплошная поглощающая по- верхность, надежно фильтрующая паразитные типы волн;

Конкретный образец волновода со звездообразным волноведущим слоем в оболочке из очищенного полиэтилена с радиусом

луча слоя 1-15 мм и внешним радиусом слоя 5-18 мм (толщина лент из металла и поглотителя - 0,1 мм при ширине 35 мм) испытывался в диапазоне 32 + 37 Ггц. Во всем диапазоне образец имел погонные потери не хуже 0,5 дб/м. т.е. не хуже, чем без оболочки. При изгибах с радиусом R 20А (А - длина волны) волновод имел экранировку не хуже - 60 дб при нестабильности

модуля коэффициента передачи не хуже 0,1 дб и нестабильность фазы не хуже 0,5.

Таким образом, предложенная конструкция ГДВ позволяет, по сравнению с прототипом, при надежной фильтрации паразитных мод обеспечить передачу поля основной моды без искажений и увеличения потерь, а также улучшить экранировку волновода при резких изгибах.

Использование: волноводные тракты мм-диапазона в системах связи. Сущность изобретения: гибкий волновод содержит волноведущий стержень 1, окруженный защитным слоем 2. На защитный слой 2 намотана лента из поглощающего материала 3, на которую намотаны лента из металла 4 и внешний защитный слой из каучуковой композиции 5. Приведены выражения для выбора размеров ленты из поглощающего материала 3 и ленты из металла 4. 3 ил.

Формула из.обретения

Гибкий волновод, содержащий волнове- дущую часть, защитную оболочку, выполненную в виде намотки ленты из поглощающего материала, на которой размещена намотка ленты из металла, и внешний защитный слой, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погонных потерь и улучшения экранировки при резких

Фиг. г

изгибах, ширина ai и толщина b ленты из поглощающего материала лежит в пределах 3ti ai 4ti; b vsf/20 , где ti - шаг намотки; S - площадь поперечного сечения волноведущей части, ширина аа ленты из металла лежит в пределах 3t2 Ј Q2 4t2, где та - шаг намотки, а в качестве материала внешнего защитного слоя использована каучуковая композиция.

ФиГ, 5