Волноводный трансформатор полных сопротивлений Советский патент 1981 года по МПК H01P5/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в антенно-фидерных трактах. Известны щлейфовые, стержневые (винтовые) трансформаторы полных сопротивлений (ТПС) и ТПС с перемещающимися диэлектрическими пластинами. Каждый из них может содержать один, два, три и более обычно однородных перестраиваемых элемента. В ТПС с одним и двумя перестраиваемыми элементами необходимо перемещать эл менты/ вдоль оси волновода, что услож няет конструкцию, увеличивает габариты прибора и исключает воэможност быстрой настройки. Для согласования неоднородностей с любыми значениями коэффициента отражения применяются также неподвижные (относительно оси волновода) перестраиваемые трехэлементные ТПС Cl. Однако известные ТПС имеют большие габариты и, сложный алгоритм управления элементалш. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому являете; ВОЛНОВОДНЫЙ ТПд, содержащий два нас роечных штыря, размещенных в широко стенке отрезка прямоугольного волневода на четвертьволновом расстояНИИ один от другого в плоскости продольного сечения, смещенный относительно продольной оси отрезка прямоугольного волновода t2 Однако известный ТПС имеет недостаточный диапазон рабочих частот. Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот. Для достижения цели в волноводном ТПС, содержащем два настроечных штыря, размещенных в широкой стенке отрезка прямоугольного волновода.на четвертьволновом расстоянии одинот другого в плоскости продольного сечения, смещенной относительно продольной оси отрезка прямоугЬльного волновода,на узкой стенке отрезка прямоугольног о волновода,ближайщей к настроечным штырям, размещена диэлектрическая пластина. На фиг. 1 приведена конструкция предложенного устройства , на фиг.2то же, вид слева. Трансформатор полных сопротивлений содержит отрезок 1 прямоугольного волновода, два настроечных штыря 2 и 3, диэлектрическую пластину 4. Устройство работает следующим образом.

Перемещение настроечных штырей 2 и 3 может осуществляться с помощью резьбы на них или через отверстия в широкой стенке отрезка прямоугольного -волновода. Механическая перестройка настроечных штьарей 2 и 3 может быть заменена электронной перестройкой путем регулировки тока, протекающего, например, через полупроводниковые приборы, установленные в зазорах д настроечных штырей 2 и 3 (см.фиг. 2). В отрезке 1 волновода установлена диэлектрическая пластина 4 с толщиной t и диэлектрической проницаемостью 6 (в общем случае материал пластины может иметь отличные от единицы диэлектрическую и магнитную проницаемости). Пластина примыкает к узкой стенке отрезка 1 прямоугольного волновода. При заданном отношении X /а (Я. - длина волны в св бодном пространстве, а - размер широкой стенки отрезка прямоугольного волновода), удовлетворяющем условию одноволновости пустого прямоугольного волновода, параметры диэлектрической пластины & и t выбираются так, чтобы в прямоугольном волноводе распространялась только одна нормальная волна типа волновода, частично заполненного диэлектрйг ком. Осевое расстояние 1 между настроечными штырями 2 и 3 должно равняться четверти длины волны в волноводе с частичным диэлектричес КИМ заполнением, а расстояние х от границы раздела воздух - диэлектрик до места установки настроечных штырей зависит от /L /а и параметров диэлектрической пластины €. и t. При этом (х а-t-х).

Выбор местоположения настроечных штырей 2 и 3 в предложенном ТПС производится, в следующем порядке.

Пусть задана некоторая величина Я /а., соответствующая рабочей длине волны ТПС,а диапазон одноволновости пустого прямоугольного волновода (1 ), например, ,75. Выбираем величину диэлектрической проницаемости t пластины 4 (желательно 6 4 для перекрытия всего диапазона 1 Я/9.2), например, 4, материал - плавленный кварц. Далее из условия того, что Я.цр2./а - относительная критическая длина волны ТЕ2о(волна ТЕ нераспространяющаяся -) удовлетворяет соотношению /I кр2/а 0 , 75 . . выбираем толщину диэлектрической пластины, эти данные - связь1цр1/а с t/a - можно найти, например , в книге: БергерМ.Н., Капилевич Б.Ю. Прямоугольные волноводы с диэлектриками. М., Советское радио 1973). Для работы ТПС беэ зоны недосягаемости необходимо сильное взаимодействие по местны} полям (посредством волны ТЕ в системе двух настроечных штырей в отрезке прямоугольного

волновода, причем величина этого взаимодействия должна быть такова, чтобы мощность, переносимая между неоднородностями основной волной ТЕ.. равнялась мощности, переносимой высшей затухающей волной ТЕ.,Это достиг гается определенным выбором места установки настроечных штырей 2 и 3 в поперечном сечении отрезка 1 прямоугольного волновода. Эффект расширения допустимого диапазона длин волн, в котором возможно с помощью двухэлементного ТПС согласование любых комплексных сопротивлений, при введении в отрезок 1 прямоугольного волновода диэлектрической пластины 4 объясняется двумя причинами: снижается критическая частота волны ослабляется в месте установки настроечных штырей 2 и 3 амплитуда волны TE,jno сравнению с амплитудой волны TEjj, что связано с более интенсивным втягиванием в диэлектрик поля основной волны . В результате упомянутый баланс мощностей может быть обеспечен при любых Я/а в диапазоне 1 и даже при .

ТПС по возможности должен включаться вблизи согласуемой неоднородности, так как обычно чемменьше расстояние между ним и неоднородностью, тем широкопал осней согласование.

Если комплексное сопротивление сСгласуемой неоднородности неизвестно, то настройка ТПС осуществляется, как и известном устройстве по простому алгоритму - циклический покоординатный спуск в пространстве двух координат зазоров настроечны штырей, осуществляющий мин51мйзацию модуля результирующего коэффициента отражения. Для этого у каждого настроечного штыря, как и в известном, имеется свой привод с независимым управлением.

Механическая настройка ТПС может быть заменена электронной настройкой осуществляемой путем регулировки токов, протекающих, например, через полупроводниковые приборы. Полупроводниковые приборы установлены в зазорах Д и Дпнастроечных штырей. При электронной настройке ТПС обеспечиваед-ся быстродействие настройки и возможность более простой реализации автоматизации процесса согласования.

Преложенное устройство расширяет область применения трансформаторов полных сопротивлений в волноводной технике, так как позволяет создать быстродействуквдие автоматизированные согласующие трансформаторы для измерительной аппаратуры, а также, например, производить быстрое согласование ксшдого элемента антенной решетки при широкоугольном сканировании луча. Выпускаемые промышленностью ТПС с ручной механической перестройкой не позволяют осуществить указанные возможности. Кроме того, они уступают по габариту и весу предлагаемому ТПС.

Формула изобретения

Волноводный трансформатор полных сопротивлений, содержащий два настроечных штыря, размещенных в широкой стенке отрезка прямоугольного волновода на четвертьволновом расстоянии один от другого в плоскости продольного сечения, смещенной относительно

продольной оси отрезка прямоугольного во11новода, Отличаю щи йс я тем, что, с целью расширения ди- апазона рабочих частот, на узкой стенке отрезка прямоугольного волновода , ближайшей к настроечным штырям, размещена диэлектрическгш пластина.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиае

1.Линии передачи сантиметровых . Под ред. Г.А.Ремеза. М., Со0ветское радио, т.2, 1951.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2575б62/18- 09,

кл. Н.01 Р 3/12, 1978 (прототип).

Сриг.1

(риг.2