RU114558U1

RU114558U1 - COAXIAL-WAVEGUIDE TRANSITION

Info

Publication number: RU114558U1
Application number: RU2011137348/07U
Authority: RU
Inventors: Райэн Фридрихович Мюллер; Алексей Иванович Румянцев; Валерий Васильевич Иванов; Михаил Владимирович Сычев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр имени Николы Тесла"
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-03-27

Abstract

1. Коаксиально-волноводный переход, содержащий отрезок коаксиальной линии и элемент связи не замкнутый на стенку цилиндрического резонатора, отличающийся тем, что отрезок коаксиальной линии устанавливается на продольной стенке цилиндрического резонатора перпендикулярно его оси, элемент связи выполнен в виде шара и установлен на продолжении центрального проводника коаксиальной линии, при этом геометрический центр элемента связи располагается на центральной оси цилиндрического резонатора, а часть центрального проводника между коаксиальной линией и элементом связи покрыта слоем диэлектрического материала, который заполняет пространство между внешним и внутренним проводниками коаксиальной части. ! 2. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что элемент связи выполнен в виде тела каплевидной формы. ! 3. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что геометрический центр элемента связи смещен относительно центральной оси цилиндрического резонатора к боковой стенке на расстояние, равное четверти длины волны в резонаторе. 1. Coaxial-waveguide junction containing a piece of coaxial line and a coupling element not closed to the wall of the cylindrical resonator, characterized in that the segment of the coaxial line is installed on the longitudinal wall of the cylindrical resonator perpendicular to its axis, the coupling element is made in the form of a ball and is installed on the continuation of the central conductor coaxial line, with the geometric center of the coupling element located on the central axis of the cylindrical resonator, and part of the central conductor between the coaxial line and the coupling element is covered with a layer of dielectric material that fills the space between the outer and inner conductors of the coaxial part. ! 2. Coaxial-waveguide junction according to claim 1, characterized in that the coupling element is made in the form of a drop-shaped body. ! 3. Coaxial-waveguide junction according to claim 1, characterized in that the geometric center of the coupling element is displaced relative to the central axis of the cylindrical resonator to the side wall by a distance equal to a quarter of the wavelength in the resonator.

Description

Полезная модель является устройством для передачи энергии электромагнитного поля сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона от коаксиальной линии к веществу, заполняющему цилиндрический резонатор, путем возбуждения в цилиндрическом резонаторе колебаний типа Б₀₁₀ и обеспечение герметичности цилиндрического резонатора.The utility model is a device for transmitting electromagnetic field microwave energy from the coaxial line to a substance filling a cylindrical resonator by exciting type B ₀₁₀ oscillations in a cylindrical resonator and ensuring the tightness of the cylindrical resonator.

Полезная модель относится к технике СВЧ и используется для передачи энергии электромагнитного поля СВЧ диапазона от коаксиальной линии передачи к цилиндрическому резонатору. Являясь согласующим элементом между волноводной системой, заполненной, как правило, воздухом, и резонансной камерой, заполненной реакционной средой, коаксиально-волноводный переход (КВП) также обеспечивает герметичность резонансной камеры в месте подключения.The utility model relates to microwave technology and is used to transfer energy of the electromagnetic field of the microwave range from a coaxial transmission line to a cylindrical resonator. Being a matching element between a waveguide system filled, as a rule, with air, and a resonant chamber filled with a reaction medium, a coaxial waveguide transition (CVC) also ensures the tightness of the resonant chamber at the connection point.

Коаксиально-волноводный переход (фиг.1) представляет собой отрезок коаксиальной линии с переменным сечением внутреннего и внешнего проводников. Сечения проводников изменяются таким образом, что бы обеспечивать постоянное значение волнового сопротивления на всей длине перехода, равное волновому сопротивлению подключаемой коаксиальной линии. Пространство между проводниками заполнено различными диэлектрическими материалами (различные виды керамики, фторопласт), относительная диэлектрическая проницаемость которых не более 10, тангенс угла диэлектрических потерь меньше 0.001, относительная магнитная проницаемость равна 1.Coaxial waveguide transition (figure 1) is a segment of a coaxial line with a variable cross section of the inner and outer conductors. The cross sections of the conductors are changed in such a way as to ensure a constant value of wave impedance over the entire length of the transition, equal to the wave impedance of the connected coaxial line. The space between the conductors is filled with various dielectric materials (various types of ceramics, fluoroplastic), the relative permittivity of which is not more than 10, the dielectric loss tangent is less than 0.001, and the relative magnetic permeability is 1.

К входу перехода подключается коаксиальный волновод, работающий на основном типе волны (чисто бегущая волна типа ТЕМ). КВП устанавливается перпендикулярно оси цилиндрического резонатора на боковой стенке, либо соосно на торцевой стенке резонатора. Для преобразования ТЕМ волны в волну типа Е₀₁₀ используется специальный элемент связи, расположенный на продолжении центрального проводника КВП, покрытого слоем диэлектрика. Геометрический центр элемента связи находится на центральной оси цилиндрического резонатора. Элемент связи имеет несколько модификаций формы (шар, капля, эллипс, цилиндр и др.), которая подбирается экспериментально в зависимости от диэлектрических свойств веществ, заполняющих цилиндрический резонатор и геометрических параметров резонатора.A coaxial waveguide operating on the main wave type (purely traveling wave of the TEM type) is connected to the transition input. KVP is installed perpendicular to the axis of the cylindrical resonator on the side wall, or coaxially on the end wall of the resonator. To convert the TEM wave into a wave of type E ₀₁₀ , a special coupling element is used, located on the extension of the central conductor of the CVC, covered with a dielectric layer. The geometric center of the coupling element is located on the central axis of the cylindrical resonator. The coupling element has several shape modifications (ball, drop, ellipse, cylinder, etc.), which is selected experimentally depending on the dielectric properties of the substances filling the cylindrical resonator and the geometric parameters of the resonator.

Принцип работы предложенного коаксиально-волноводного перехода основан на возбуждении волны псевдо-ТЕМ в отрезке передающей линии, которая образована продолжением центрального проводника коаксиального волновода и располагается перпендикулярно оси резонатора. Часть центрального проводника, находящаяся внутри резонатора, покрыта слоем диэлектрического материала. Центральный проводник в резонаторе заканчивается элементом связи, расположенном на центральной оси резонатора. Диэлектрический материал, покрывающий продолжение центрального проводника коаксиальной линии, обеспечивает уменьшение отражения от вещества, заполняющего резонатор. Элемент связи располагается в области максимальной напряженности электрического поля цилиндрического резонатора, что обуславливает возникновение сильной емкостной связи. Волна псевдо-ТЕМ возбуждает СВЧ-токи в элементе связи, которые обеспечивают существование в отрезке резонатора поля Е₀₁₀, структура которого не зависит от длины резонатора, а резонансная частота определяется диаметром и диэлектрическими свойствами вещества, заполняющего резонатор.The principle of operation of the proposed coaxial waveguide transition is based on the excitation of a pseudo-TEM wave in a segment of the transmission line, which is formed by the continuation of the central conductor of the coaxial waveguide and is perpendicular to the axis of the resonator. The part of the central conductor inside the resonator is covered with a layer of dielectric material. The central conductor in the resonator ends with a coupling element located on the central axis of the resonator. The dielectric material covering the extension of the central conductor of the coaxial line provides a decrease in reflection from the substance filling the resonator. The coupling element is located in the region of the maximum electric field strength of the cylindrical resonator, which leads to the appearance of a strong capacitive coupling. The pseudo-TEM wave excites microwave currents in the coupling element, which ensure the existence of a field E ₀₁₀ in the section of the resonator, the structure of which does not depend on the length of the resonator, and the resonant frequency is determined by the diameter and dielectric properties of the substance filling the resonator.

Специальная форма элемента связи обеспечивает дополнительную реактивность индуктивного характера, которая компенсирует имеющуюся емкостную реактивность.The special form of the coupling element provides additional inductance reactivity, which compensates for the available capacitive reactance.

Изготовленный коаксиально-волноводный переход (фиг.1) имеет волновое сопротивление 300 м, элемент связи (5) выполнен в виде шара, диаметр которого подбирается экспериментально в зависимости от вещества заполняющего цилиндрический резонатор. Диэлектрический материал (фторопласт) 2 обеспечивает герметичность резонатора и постоянство волнового сопротивления КВП. Шайба 6 изготавливается из специальной высокопрочной радиопрозрачной керамики и обеспечивает уплотнение для предотвращения деформации диэлектрика 2 (в данном случае фторопласта). Диаметры внешнего 3 и внутреннего 1 проводников рассчитываются из соотношения:The manufactured coaxial-waveguide transition (Fig. 1) has a wave impedance of 300 m, the coupling element (5) is made in the form of a ball, the diameter of which is selected experimentally depending on the substance filling the cylindrical resonator. The dielectric material (fluoroplastic) 2 ensures the tightness of the resonator and the constancy of the wave resistance of the CVP. Washer 6 is made of special high-strength radiolucent ceramics and provides a seal to prevent deformation of dielectric 2 (in this case, fluoroplastic). The diameters of the outer 3 and inner 1 conductors are calculated from the ratio:

, где Z - волновое сопротивление коаксиальной линии, where Z is the wave impedance of the coaxial line,

ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала между внутренним и внешним проводниками,ε is the relative dielectric constant of the material between the inner and outer conductors,

D - внутренний диаметр внешнего проводника,D is the inner diameter of the outer conductor,

d - внешний диаметр внутреннего проводника.d is the outer diameter of the inner conductor.

Разъемное соединение 7 обеспечивает возможность быстрого подключения (отключения) коаксиальной линии, потери в соединении 7 не превышают 1% от проходящей мощности. Фланец 4 предназначен для крепления КВП к цилиндрическому резонатору.The detachable connection 7 provides the ability to quickly connect (disconnect) the coaxial line, the losses in connection 7 do not exceed 1% of the transmitted power. Flange 4 is designed for fastening the HVC to a cylindrical resonator.

Claims

1. Coaxial-waveguide transition containing a segment of a coaxial line and a coupling element not closed to the wall of the cylindrical resonator, characterized in that the segment of the coaxial line is mounted on the longitudinal wall of the cylindrical resonator perpendicular to its axis, the coupling element is made in the form of a ball and mounted on the continuation of the central conductor coaxial line, while the geometric center of the coupling element is located on the central axis of the cylindrical resonator, and the part of the central conductor between the coax cial line and the coupling element covered by a layer of dielectric material which fills the space between the inner and outer conductors of the coaxial parts.

2. The coaxial waveguide transition according to claim 1, characterized in that the communication element is made in the form of a teardrop-shaped body.

3. The coaxial waveguide transition according to claim 1, characterized in that the geometric center of the coupling element is offset relative to the central axis of the cylindrical resonator to the side wall by a distance equal to a quarter of the wavelength in the resonator.