Волноводная нагрузка высокой мощности
Владельцы патента RU 2784331:
Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" (RU)
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" (RU)
Изобретение относится к технике СВЧ. Волноводная нагрузка высокой мощности содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода с фланцем на одном конце, с охлаждающими ребрами на внешней поверхности и короткозамыкающей металлической заглушкой на другом конце, а также размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель, закрепленный на его стенках. При этом волноводная труба выполнена с симметричным расширением посредством ступенчатых переходов, внутренние поверхности двух противоположных стенок со стороны фланца волноводной трубы переходят в поверхности стенок ее расширенной части с образованием расширенного канала прямоугольного волновода, а переходы выполнены в форме карманов в плане с острыми углами со скругленными вершинами, направленными к фланцу прямоугольного волновода. Поглотитель состоит из двух одинаковых симметрично расположенных частей клинообразной формы, наклонными поверхностями обращенных друг к другу, каждая из которых выполнена с прямоугольным основанием и вертикальными длинной и короткой стенками, при этом короткая стенка переходит в наклонную поверхность, которая с противоположной от основания стороны переходит в скос, выполненный под острым углом к длинной стенке, соразмерным острым углам карманов в стенках волноводной трубы. Волноводная нагрузка содержит вкладыш, размещенный с противоположной от фланца стороны в расширенном канале прямоугольного волновода и соразмерный данному каналу, выполненный с выступом на внутренней поверхности, с которой своими прямоугольными основаниями взаимодействуют части поглотителя. Технический результат – уменьшение габаритов, уровня отраженного от нагрузки СВЧ-сигнала, улучшение согласованности сигнала с нагрузкой. 2 з.п. ф-лы, 13 ил.
Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как самостоятельное устройство для поглощения электромагнитной волны на выходе СВЧ - волноводного тракта, так и в качестве элемента сложных функциональных устройств: направленных ответвителей, сумматоров мощности, измерительных мостов, фильтров и т.д.
Известна волноводная нагрузка (И.П. Бушминский "Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства" Учебное пособие для вузов М.: Высшая школа 1974 г. стр. 176 Рис. 3.3), содержащая короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода с фланцем на одном конце и короткозамыкающей металлической заглушкой внутри, закрепленной винтом к стенке волновода, на другом конце, а также размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель клинообразной формы, наклонная поверхность которого обращена к широкой стенке прямоугольного волновода.
Известна волноводная нагрузка (A.M. Чернушенко "Конструкция СВЧ устройств и экранов" Учебное пособие для вузов М.: Радио и связь 1983 г. стр. 123 Рис. 7.6), содержащая короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода с фланцем на одном конце, с радиаторными ребрами на внешней поверхности широких стенок и короткозамыкающей металлической заглушкой внутри на другом конце, размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель с пазом V-образной формы, наклонные поверхности которого обращены к широким стенкам прямоугольного волновода.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является волноводная нагрузка для поглощения большой мощности (И.П. Бушминский "Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства" Учебное пособие для вузов М.: Высшая школа 1974 г. стр. 177 Рис. 3.4), содержащая корпус, состоящий из двух скрепленных винтами частей, образующих прямоугольный волновод (волноводную трубу), с охлаждающими ребрами на внешней поверхности, с фланцем на одном конце и короткозамыкающей металлической заглушкой внутри, закрепленной винтами, на другом конце, а также размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель клинообразной формы, взаимодействующий со стенками волновода и закрепленный к ним стопорными винтами.
Техническая проблема, решаемая созданием данного изобретения, заключается в том, что указанные выше устройства имеют высокую первичную рассогласованность СВЧ сигнала на входе, низкую эффективность охлаждения поглотителя и невысокую надежность его крепления в волноводе.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании волноводной нагрузки, обеспечивающей поглощение высокой мощности поглотителем при минимальных габаритах, с возможностью уменьшения уровня отраженного от нагрузки СВЧ-сигнала, улучшенной согласованностью сигнала с нагрузкой в волноводном канале, максимально равномерной характеристикой КСВН в рабочем диапазоне частот по уровню не более 1,2, а также высокой эффективностью охлаждения поглотителя и надежностью его крепления в волноводе.
Технический результат достигается тем, что волноводная нагрузка высокой мощности содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода с фланцем на одном конце, с охлаждающими ребрами на внешней поверхности и короткозамыкающей металлической заглушкой на другом конце, а также размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель, закрепленный на его стенках. Волноводная нагрузка отличается от прототипа тем, что волноводная труба прямоугольного волновода выполнена с симметричным расширением посредством ступенчатых переходов, при этом внутренние поверхности двух противоположных стенок со стороны фланца волноводной трубы переходят в поверхности стенок ее расширенной части с образованием расширенного канала прямоугольного волновода, а переходы выполнены в форме карманов в плане с острыми углами со скругленными вершинами, направленными к фланцу прямоугольного волновода. Поглотитель состоит из двух одинаковых симметрично расположенных частей клинообразной формы, наклонными поверхностями обращенных друг к другу, каждая из которых выполнена с прямоугольным основанием и вертикальными длинной и короткой стенками, при этом короткая стенка переходит в наклонную поверхность, которая с противоположной от основания стороны переходит в скос, выполненный под острым углом к длинной стенке, соразмерным острым углам карманов в стенках волноводной трубы. Торцевая поверхность каждой части поглотителя с противоположной от основания стороны скруглена радиусом, соразмерным радиусу скругленных вершин острых углов карманов волноводной трубы. Кроме этого волноводная нагрузка содержит вкладыш, размещенный с противоположной от фланца стороны в расширенном канале прямоугольного волновода и соразмерный данному каналу, выполненный с выступом на внутренней поверхности, с которой своими прямоугольными основаниями взаимодействуют части поглотителя. При этом выступ вкладыша взаимодействует с короткими стенками частей поглотителя, а зазор между внешней поверхностью вкладыша и короткозамыкающей металлической заглушкой заполнен теплопроводным компаундом. Обе части поглотителя установлены на теплопроводный клей по всем поверхностям, контактирующим со стенками волноводной трубы прямоугольного волновода и внутренней поверхностью вкладыша.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где
Фиг. 1 - общий вид волноводной нагрузки высокой мощности;
Фиг. 2 - вид А Фиг. 1;
Фиг. 3 - вид Б Фиг. 1;
Фиг. 4 - общий вид прямоугольного волновода;
Фиг. 5 - вид В Фиг. 4;
Фиг. 6 - вид Г Фиг. 4;
Фиг. 7 - общий вид одной из двух частей поглотителя;
Фиг. 8 - вид Д Фиг. 7;
Фиг. 9 - вид Е Фиг. 7;
Фиг. 10 - общий вид вкладыша;
Фиг. 11 - вид Ж Фиг. 10;
Фиг. 12 - общий вид короткозамыкающей металлической заглушки.
Фиг. 13 - вид И Фиг. 1.
Волноводная нагрузка высокой мощности содержит короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода 1 (Фиг. 1, 3), внутри которого на стенках жестко закреплен поглотитель 2 (Фиг. 1, 2, 3, 7, 13), состоящий из двух одинаковых симметрично расположенных частей клинообразной формы. При этом наклонными поверхностями части поглотителя 2 обращены друг к другу, а остальными поверхностям взаимодействуют с внутренними поверхностями прямоугольного волновода 1 и с вкладышем 3 (Фиг. 1, 2, 10, 11, 13).
Прямоугольный волновод 1 представляет собой отрезок волноводной трубы 4 (Фиг. 4) с фланцем 5 (Фиг. 4) на одном конце, с охлаждающими ребрами 6 (Фиг. 4) на внешней поверхности по периметру стенок 7 (Фиг. 4, 6) и короткозамыкающей металлической заглушкой 8 (Фиг. 1, 2, 12) на другом конце.
Волноводная труба 4 прямоугольного волновода 1 выполнена с симметричным расширением посредством ступенчатых переходов (Фиг. 4). При этом внутренние поверхности 9 (Фиг. 4, 5) двух противоположных стенок со стороны фланца 5 волноводной трубы 4 переходят в поверхности 10 (Фиг. 4, 5, 6) стенок расширенной части волноводной трубы 4, с образованием расширенного канала прямоугольного волновода 1 шириной Н. Переходы выполнены в форме карманов 11 (Фиг. 4, 5) в плане с острыми углами α (Фиг. 5), вершины которых скруглены радиусом R (Фиг. 5). При этом углы α карманов 11 вершинами направлены к фланцу 5 волноводной трубы 4 прямоугольного волновода 1 (Фиг. 4).
По периметру прямоугольного волновода 1 в месте размещения короткозамыкающей металлической заглушки 8 выполнен посадочный поясок 12 (Фиг. 6).
Каждая из двух частей поглотителя 2 (Фиг. 1, 7) выполнена с прямоугольным основанием 13 (Фиг. 7, 8) и толщиной S у основания, с вертикальными длинной 14 (Фиг. 7, 9) и короткой 15 (Фиг. 7, 8) стенками. При этом короткая стенка 15 переходит в наклонную поверхность 16 (Фиг. 7, 8, 9), которая с противоположной от основания 13 стороны переходит в скос 17 (Фиг. 9), выполненный под острым углом β к длинной стенке 14 (Фиг. 9), соразмерным острым углам α карманов 11 (Фиг. 5). Торцевая поверхность 18 (Фиг. 9) каждой части поглотителя 2 с противоположной от основания 13 стороны выполнена скругленной радиусом R1 (Фиг. 7), соразмерным радиусу R (Фиг. 5) скругленных вершин углов α карманов 11 волноводной трубы 4.
Вкладыш 3 (Фиг. 1, 2, 10, 11, 13) выполнен в виде пластины прямоугольной формы, соразмерной расширенному каналу волновода, с параллельными внешней 19 и внутренней 20 поверхностями (Фиг. 10), с симметричными скосами 21 (Фиг. 10) граней со стороны внешней поверхности 19. Со стороны внутренней поверхности 20 вкладыша 3 в центральной части выполнен выступ 22 (Фиг. 10, 11) трапециевидной формы в плане с симметричными ребрами 23 (Фиг. 10, 11) и с прямоугольной в плане торцевой поверхностью 24 (Фиг. 11), соединяющей широкие стенки 25 (Фиг. 10, 11). При этом длина L2 (Фиг. 10) выступа 22 соразмерна длине L1 короткой стенки 15 (Фиг. 8) частей поглотителя 2.
Части поглотителя 2 взаимодействуют с внутренними поверхностями 10 расширенного канала волноводной трубы 4 прямоугольного волновода 1 (Фиг. 1), при этом противоположной основанию 13 стороной части поглотителя 2 размещаются в карманах 11, взаимодействуя с ними своей торцевой поверхностью 18, скругленной радиусом R1 (Фиг. 7), соразмерным радиусу R (Фиг. 5) скругления вершин углов α карманов 11 волноводной трубы 4.
Вкладыш 3 также взаимодействует с внутренними поверхностями 10 волноводной трубы 4 прямоугольного волновода 1 (Фиг. 1, 2). При этом внутренней поверхностью 20 вкладыш 3 взаимодействует с прямоугольными основаниями 13 каждой части поглотителя 2, а симметричными ребрами 23 выступа 22 взаимодействует с их короткими стенками 15 (Фиг. 1, 2, 13). Причем ширина S1 (Фиг. 11) участка внутренней поверхности 20 вкладыша 3 меньше толщины S (Фиг. 7) частей поглотителя 2. Данное взаимодействие поглотителя 2 с вкладышем 3 с учетом соотношения размеров S и S1 обеспечивает его дополнительное фиксирование в волноводной трубе 4.
Обе части поглотителя 2 установлены на теплопроводный клей 25 (Фиг. 2) по всем поверхностям, контактирующим со стенками волноводной трубы 4 прямоугольного волновода 1 и внутренней поверхностью 20 вкладыша 3, например, на клей К300-61, что повышает эффективность их охлаждения и механического крепления.
Установка частей поглотителя 2 на клей обеспечивает их фиксированное положение внутри канала прямоугольного волновода 1, при этом прямоугольная внутренняя поверхность 20 вкладыша 3 частично выполняет функции короткозамыкающей металлической заглушки.
Оптимальная длина L (Фиг. 7) каждой из частей поглотителя 2 находится в следующей зависимости:
где
L - длина каждой части поглотителя 2;
- длина волны в волноводе.
Короткозамыкающая металлическая заглушка 8 (Фиг. 1, 2, 12) выполнена коробчатого типа прямоугольной формы с внутренней полостью 26 (Фиг. 12), соразмерной посадочному пояску 12 (Фиг 6), выполненному по периметру на конце волноводной трубы 4.
Зазор между внешней поверхностью 19 вкладыша 3 и короткозамыкающей металлической заглушкой 8 заполнен теплопроводным компаундом 27 (Фиг. 2).
Примером использования волноводной нагрузки высокой мощности может служить узел волноводной нагрузки, например, модуля бортового блока как наземных, так и авиационных радиоэлектронных средств.
В состав устройства волноводной нагрузки высокой мощности входит прямоугольный волновод 1 (Фиг. 1) в виде отрезка волноводной трубы 4 (Фиг. 4) с размерами 23×10, с фланцем 5 на одном конце и короткозамыкающей металлической заглушкой 8 на другом конце, размещенной на посадочном пояске 12, выполненном по периметру на конце волноводной трубы 4.
Волноводная труба 4 данного прямоугольного волновода 1 выполнена с симметричным расширением посредством ступенчатых переходов, при этом внутренние поверхности 9 (Фиг. 4, 5) стенок волноводной трубы 4 со стороны фланца 5 ступенчато переходят в поверхности 10 (Фиг. 4, 5, 6) стенок расширенной части волноводной трубы 4, с образованием расширенного канала прямоугольного волновода 1 размером 31×10 (ширина канала Н=31 мм). Переходы выполнены в форме карманов 11 в плане с острыми углами α=60°, которые своими вершинами направлены к фланцу 5 прямоугольного волновода 1. При этом вершины углов α скруглены радиусом R=1 мм.
Поглотитель 2 (Фиг. 1) состоит из двух одинаковых частей и выполнен, например, из материала поглощающего - состав 19 ОСТ 107.460007.006-92.
Устройство позволяет обеспечить высокую надежность его работы, а также устойчивость к климатическим и механических воздействиям. При этом данное устройство может использоваться при конструировании сложных функциональных устройств блоков радиоэлектронных средств (РЭС), как бортовых авиационных РЭС, так и на различных объектах -носителях общего машиностроения, например, при конструировании направленных ответвителей, сумматоров мощности, измерительных мостов, фильтров и т.п.
1. Волноводная нагрузка высокой мощности, содержащая короткозамкнутый отрезок прямоугольного волновода с фланцем на одном конце, с охлаждающими ребрами на внешней поверхности и короткозамыкающей металлической заглушкой на другом конце, а также размещенный внутри прямоугольного волновода поглотитель, закрепленный на его стенках, отличающаяся тем, что волноводная труба прямоугольного волновода выполнена с симметричным расширением посредством ступенчатых переходов, при этом внутренние поверхности двух противоположных стенок со стороны фланца волноводной трубы переходят в поверхности стенок ее расширенной части с образованием расширенного канала прямоугольного волновода, а переходы выполнены в форме карманов в плане с острыми углами со скругленными вершинами, направленными к фланцу прямоугольного волновода, поглотитель состоит из двух одинаковых симметрично расположенных частей клинообразной формы, наклонными поверхностями обращенных друг к другу, каждая из которых выполнена с прямоугольным основанием и вертикальными длинной и короткой стенками, при этом короткая стенка переходит в наклонную поверхность, которая с противоположной от основания стороны переходит в скос, выполненный под острым углом к длинной стенке, соразмерным острым углам карманов в стенках волноводной трубы, торцевая поверхность каждой части поглотителя с противоположной от основания стороны скруглена радиусом, соразмерным радиусу скругления вершин острых углов карманов волноводной трубы, кроме этого волноводная нагрузка содержит вкладыш, размещенный с противоположной от фланца стороны в расширенном канале прямоугольного волновода и соразмерный данному каналу, выполненный с выступом на внутренней поверхности, с которой своими прямоугольными основаниями взаимодействуют части поглотителя, при этом выступ вкладыша взаимодействует с короткими стенками частей поглотителя, а зазор между внешней поверхностью вкладыша и короткозамыкающей металлической заглушкой заполнен теплопроводным компаундом, причем обе части поглотителя установлены на теплопроводный клей по всем поверхностям, контактирующим со стенками волноводной трубы прямоугольного волновода и внутренней поверхностью вкладыша.
2. Волноводная нагрузка высокой мощности по п. 1, отличающаяся тем, что вкладыш выполнен с симметричными скосами граней со стороны внешней поверхности, а длина его выступа соразмерна длине коротких стенок частей поглотителя.
3. Волноводная нагрузка высокой мощности по п. 1, отличающаяся тем, что оптимальная длина L каждой из двух частей поглотителя находится в следующей зависимости:
,
где
L - длина каждой части поглотителя;
- длина волны в волноводе.
