Волноводная нагрузка
Владельцы патента RU 2687880:
Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения (RU)
Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах с высоким уровнем мощности. Волноводная нагрузка содержит прямоугольный волновод и поглотитель. Ортогонально прямоугольному волноводу дополнительно введен отрезок прямоугольного волновода с короткозамкнутыми выходами, узкие стенки которого параллельны узким стенкам прямоугольного волновода, при этом первая широкая стенка отрезка прямоугольного волновода соединена с выходом прямоугольного волновода с помощью элемента согласования, выполненного в виде перехода переменной высоты, а вторая широкая стенка отрезка прямоугольного волновода совмещена с поглощающей поверхностью поглотителя. Техническим результатом заявляемой волноводной нагрузки является повышение технологичности изготовления за счет упрощения конструкции и уменьшение трудоемкости. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах с высоким уровнем мощности.
Известна СВЧ-нагрузка, содержащая объемный поглотитель, плоская поверхность которого совмещена с плоской поверхностью кососрезанного волновода, причем размеры плоской поверхности поглотителя превышают размеры плоской поверхности кососрезанного волновода [Патент RU 2438215, Н01Р 1/26, заявл. 2010 г., опубл. 2011 г.].
Недостатками приводимого технического решения являются:
- конструктивно-технологическая сложность реализации СВЧ-нагрузки, связанная с дополнительными технологическими операциями в цикле изготовления (электроэрозия, пайка);
- необходимость применения специальной технологической оснастки для позиционирования кососрезанного металлического волновода на разных операциях изготовления (фрезеровка, сборка);
- высокая стоимость, связанная с высокой трудоемкостью изготовления СВЧ-нагрузки;
- малая пригодность для крупносерийного производства.
Наиболее близкой к заявленному техническому решению является волноводная нагрузка, в которой поглотитель клинообразной формы установлен в прямоугольный волновод с охлаждающими ребрами [И.П. Бушминский - Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства. - М.: Высшая школа, 1974 г., с. 177, рис. 3.4]. Недостатками прототипа являются:
- повышенное переходное тепловое сопротивление волноводной нагрузки, связанное с неизбежными зазорами между поглотителем и прямоугольным волноводом;
- высокая технологическая сложность изготовления при выполнении профиля поглотителя и прямоугольного волновода;
- высокая стоимость, связанная с высокой трудоемкостью изготовления волноводной нагрузки;
- малая пригодность для крупносерийного производства.
Перед авторами стояла задача создания волноводной нагрузки, лишенной данных недостатков.
Техническим результатом заявляемой волноводной нагрузки является повышение технологичности изготовления за счет упрощения конструкции и уменьшение трудоемкости.
Технический результат достигается за счет того, что в волноводную нагрузку, содержащую прямоугольный волновод и поглотитель, ортогонально прямоугольному волноводу дополнительно введен отрезок прямоугольного волновода с короткозамкнутыми выходами, узкие стенки которого параллельны узким стенкам прямоугольного волновода, при этом первая широкая стенка отрезка прямоугольного волновода соединена с выходом прямоугольного волновода с помощью элемента согласования, выполненного в виде перехода переменной высоты, а вторая широкая стенка отрезка прямоугольного волновода совмещена с поглощающей поверхностью поглотителя.
Элемент согласования может быть выполнен в виде ступенчатого или плавного перехода.
Поглотитель может быть выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда.
Поглотитель помещен в экран, электрически связанный с отрезком прямоугольного волновода.
Экран может быть выполнен в виде радиатора или фланца.
Волноводная нагрузка может быть выполнена в виде набора плит с углублениями и отверстиями, образующих при объединении прямоугольный волновод, отрезок прямоугольного волновода, элемент согласования и экран.
Заявляемая волноводная нагрузка обладает совокупностью существующих признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна" для изобретения.
Заявляемая волноводная нагрузка, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.
Сущность предлагаемого решения поясняется с помощью чертежей, где:
- на фиг. 1 приведен общий вид волноводной нагрузки с применением элемента согласования в виде плавного перехода (разрез вдоль продольной оси, параллельный узким стенкам прямоугольного волновода);
- на фиг. 2 приведена конструкция волноводной нагрузки с применением элемента согласования в виде ступенчатого перехода и экрана в виде фланца (разрез вдоль продольной оси, параллельный узким стенкам прямоугольного волновода, аксонометрия);
- на фиг. 3 приведена конструкция волноводной нагрузки с применением элемента согласования в виде ступенчатого перехода и экрана в виде радиатора (разрез вдоль продольной оси, параллельный узким стенкам прямоугольного волновода, аксонометрия).
Волноводная нагрузка состоит из отрезка прямоугольного волновода 1 с короткозамкнутыми выходами, первая широкая стенка которого соединена с прямоугольным волноводом 2 с помощью элемента согласования 3, выполненного в виде перехода переменной высоты (например, в виде ступенчатого или плавного перехода), вторая широкая стенка отрезка прямоугольного волновода 1 совмещена с поглощающей поверхностью поглотителя 4, узкие стенки отрезка прямоугольного волновода 1 параллельны узким стенкам прямоугольного волновода 2.
Устройство работает следующим образом:
Электромагнитная волна, поступающая на вход прямоугольного волновода 2, проходит через элемент согласования 3, выполненный в виде перехода переменной высоты (например, в виде ступенчатого или плавного перехода), и далее поступает в отрезок прямоугольного волновода 1, в котором при взаимодействии с поглотителем 4 затухает, преобразуясь в тепловую энергию. Согласование волноводной нагрузки по КСВН обеспечивается за счет выбора оптимальных размеров элемента согласования 3. Параметры поглотителя 4 и толщины стенок отрезка прямоугольного волновода 1 выбираются из условия превышения потерь на поглощение в нагрузке по сравнению с потерями на излучение. При необходимости обеспечения меньшего уровня излучения без увеличения размеров нагрузки поглотитель 4 помещается в экран 5, выполненный в виде радиатора или фланца, электрически связанный с отрезком прямоугольного волновода 1. Для упрощения конструкции поглотитель 4 может иметь форму прямоугольного параллелепипеда.
Технический результат заявляемой волноводной нагрузки - повышение технологичности изготовления за счет упрощения конструкции и уменьшение трудоемкости - достигается за счет того, что при ее изготовлении используются детали, которые возможно изготовить на станках с ЧПУ за малое количество операций. Это позволяет исключить использование дополнительных специализированных технологических операций и требуемой для них технологической оснастки, максимально уменьшить использование ручного труда, что в комплексе уменьшает трудоемкость изготовления, стоимость и обеспечивает серийную пригодность. При этом конструкция волноводной нагрузки из-за отсутствия зазоров между отрезком прямоугольного волновода и поглотителем имеет низкое переходное тепловое сопротивление.
Для подтверждения правильности выбранного технического решения на предприятии был изготовлен ряд образцов волноводных нагрузок Ka-диапазона, у которых в качестве поглотителя использовалась керамическая пластина из нитрида алюминия с введенным в него мелкодисперсным порошком железа, у которых КСВН не превышает значения 1,10, долговременно рассеиваемая мощность 350 Вт, а импульсная мощность 10 кВт.
На основании произведенных испытаний можно сделать вывод, что волноводная нагрузка по своим электрическим характеристикам не уступает аналогам, но при этом имеет преимущество в конструктивно-технологическом исполнении, что подтверждает соответствие заявляемого решения критерию «промышленная применимость» для изобретения.
1. Волноводная нагрузка, содержащая прямоугольный волновод и поглотитель, отличающаяся тем, что ортогонально прямоугольному волноводу дополнительно введен отрезок прямоугольного волновода с короткозамкнутыми выходами, узкие стенки которого параллельны узким стенкам прямоугольного волновода, при этом первая широкая стенка отрезка прямоугольного волновода соединена с выходом прямоугольного волновода с помощью элемента согласования, выполненного в виде перехода переменной высоты, а вторая широкая стенка отрезка прямоугольного волновода совмещена с поглощающей поверхностью поглотителя.
2. Волноводная нагрузка по п. 1, отличающаяся тем, что элемент согласования выполнен в виде ступенчатого перехода.
3. Волноводная нагрузка по п. 1, отличающаяся тем, что элемент согласования выполнен в виде плавного перехода.
4. Волноводная нагрузка по п. 1, отличающаяся тем, что поглотитель выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда.
5. Волноводная нагрузка по п. 1, отличающаяся тем, что поглотитель помещен в экран, электрически связанный с отрезком прямоугольного волновода.
6. Волноводная нагрузка по п. 5, отличающаяся тем, что экран выполнен в виде радиатора.
7. Волноводная нагрузка по п. 5, отличающаяся тем, что экран выполнен в виде фланца.
8. Волноводная нагрузка по пп. 1, 5, отличающаяся тем, что она выполнена в виде набора плит с углублениями и отверстиями, образующих при объединении прямоугольный волновод, отрезок прямоугольного волновода, элемент согласования и экран.
