RU2185011C1 - Волноводная пленочная нагрузка - Google Patents
Волноводная пленочная нагрузка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2185011C1 RU2185011C1 RU2001113056A RU2001113056A RU2185011C1 RU 2185011 C1 RU2185011 C1 RU 2185011C1 RU 2001113056 A RU2001113056 A RU 2001113056A RU 2001113056 A RU2001113056 A RU 2001113056A RU 2185011 C1 RU2185011 C1 RU 2185011C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- load
- metal layers
- loop
- short
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
Abstract
Область применения: антенно-волноводная СВЧ-техника. Предлагается миниатюрная пленочная нагрузка длиной L≤λв/8. Уменьшение продольных размеров достигнуто за счет введения в нагрузку тонкой ΔL≤0,15L поперечной диэлектрической пластины с высокой диэлектрической проницаемостью ε≥5 на которую нанесен пленочный резистор, надежность теплового и электрического контакта которого с волноводом обеспечивается с помощью металлических слоев, расположенных на краях диэлектрической пластины, соприкасающихся с широкими стенками волновода и обеспечивающих улучшение условий согласования нагрузки по КСВ. Сопротивление R резистивной пленки в общем случае меньше волнового сопротивления Zо волновода: R=(0,8±0,2)Zо. Для настройки нагрузки в короткозамкнутом шлейфе установлен настроечный штырь, ориентированный вдоль его оси и контактно закрепленный на его торце. Техническим результатом является уменьшение продольных габаритов нагрузки при обеспечении хороших рабочих характеристик. 2 ил.
Description
Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике.
Известна согласованная волноводная нагрузка [пат. США, 4020427 от 17.05.76 г. ] , состоящая из двух отрезков волновода, полностью заполненных диэлектриком, один из которых короткозамкнут, а резистивная пленка расположена между ними. Длина каждого отрезка равна λ /4, где λ - длина волны в волноводе, заполненном диэлектриком. Электрический контакт резистивной пленки с широкими стенками волновода обеспечивается с помощью медной пленки, нанесенной на диэлектрик. Общая длина нагрузки равна L ≅ 0,5λ . Настройка по КСВ не предусмотрена.
Известна малогабаритная поглощающая нагрузка для большой мощности [пат. Япония, 48-24341 от 20.07.73 г.], состоящая из короткозамкнутого волноводного четвертьволнового шлейфа (L = λ /4), полностью заполненного теплопроводным диэлектриком, и пленочного резистора, нанесенного на этот диэлектрик и имеющего электрический контакт с широкими стенками волновода. Подстройка по КСВ не предусмотрена.
Известна волноводная нагрузка [А.С. 1483525 СССР, 09.04.87 г.], состоящая из поглощающего гексоферритового слоя толщиной W и короткозамкнутого волноводного шлейфа длиной d, заполненного диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε Общая длина нагрузки: L = d+W ≈ λ /4.
Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому техническому решению можно назвать оконечную нагрузку [пат. США 3796973 от 29.11.72 г. ] , состоящую из короткозамкнутого волноводного шлейфа длиной заполненного диэлектриком с диэлекрической проницаемостью ε1 = 6,6 (брокерит ОВе), на поверхность которого нанесен пленочный резистор. Для обеспечения теплового и электрического контакта с волноводом резистивный слой продлен на поверхность диэлектрика, соприкасающуюся с широкими стенками волновода. Для согласования нагрузки по КСВ используются несколько слоев диэлектриков, расположенных перед резистором и имеющих ε<ε1, где ε1 - диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего короткозамкнутый шлейф. Учитывая плохой теплоотвод от резистивной пленки через диэлектрик, в нагрузке предусмотрена система жидкостного или воздушного охлаждения шлейфа.
Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому техническому решению можно назвать оконечную нагрузку [пат. США 3796973 от 29.11.72 г. ] , состоящую из короткозамкнутого волноводного шлейфа длиной заполненного диэлектриком с диэлекрической проницаемостью ε1 = 6,6 (брокерит ОВе), на поверхность которого нанесен пленочный резистор. Для обеспечения теплового и электрического контакта с волноводом резистивный слой продлен на поверхность диэлектрика, соприкасающуюся с широкими стенками волновода. Для согласования нагрузки по КСВ используются несколько слоев диэлектриков, расположенных перед резистором и имеющих ε<ε1, где ε1 - диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего короткозамкнутый шлейф. Учитывая плохой теплоотвод от резистивной пленки через диэлектрик, в нагрузке предусмотрена система жидкостного или воздушного охлаждения шлейфа.
Основными недостатками этого известного технического решения являются:
1. большие продольные размеры (L ≈ 1,5λ0) и масса;
2. большой КСВ в волноводах высокого сечения, обусловленный возбуждением высших типов волн в заполненных диэлектриком участках нагрузки;
3. ненадежный электрический контакт пленочного резистора с волноводом во всех условиях эксплуатации;
4. плохой тепловой контакт с волноводом и связанная с этим необходимость использования громоздких систем принудительного охлаждения;
5. отсутствие компактных подстроечных элементов, позволяющих смещать полосу настройки относительно заданного рабочего диапазона частот и связанная с этим необходимость расширять полосу настройки на столько, чтобы при любых ее технологических перемещениях КСВ в заданной рабочей полосе оставался не хуже требуемого;
6. использование для такого существенного расширения полосы согласования нагрузки громоздкой совокупности нескольких диэлектрических вкладышей-трансформаторов с различным ε, каждый из которых имеет длину
В предлагаемой нагрузке эти недостатки удается преодолеть и обеспечить следующие положительные качества:
1. малые продольные габариты (L≤0,15λв) и масса, уменьшенные по сравнению с известным техническим решением примерно в 5÷10 раз за счет введения в нагрузку рядом с резистивной пленкой тонкой диэлектрической пластины (ΔL≤0,15L) с диэлектрической проницаемостью ε≥5;
2. хороший КСВ нагрузки в заданной рабочей полосе частот, обусловленный использованием продольного настроечного металлического штыря в короткозамкнутом шлейфе, а в волноводах высокого сечения также металлических слоев, охватывающих края диэлектрической пластины, соприкасающиеся с широкими стенками волновода, и выступающих в волновод тем больше, чем больше размер "b" волновода;
3. надежный электрический контакт резистивной пленки с волноводом за счет введения вспомогательных металлических слоев, упомянутых в п.2, нанесенных внахлест с резистивной пленкой и имеющих надежный электрический контакт с волноводом через пайку их к его широким стенкам, или приклейку контактным клеем и др.
1. большие продольные размеры (L ≈ 1,5λ0) и масса;
2. большой КСВ в волноводах высокого сечения, обусловленный возбуждением высших типов волн в заполненных диэлектриком участках нагрузки;
3. ненадежный электрический контакт пленочного резистора с волноводом во всех условиях эксплуатации;
4. плохой тепловой контакт с волноводом и связанная с этим необходимость использования громоздких систем принудительного охлаждения;
5. отсутствие компактных подстроечных элементов, позволяющих смещать полосу настройки относительно заданного рабочего диапазона частот и связанная с этим необходимость расширять полосу настройки на столько, чтобы при любых ее технологических перемещениях КСВ в заданной рабочей полосе оставался не хуже требуемого;
6. использование для такого существенного расширения полосы согласования нагрузки громоздкой совокупности нескольких диэлектрических вкладышей-трансформаторов с различным ε, каждый из которых имеет длину
В предлагаемой нагрузке эти недостатки удается преодолеть и обеспечить следующие положительные качества:
1. малые продольные габариты (L≤0,15λв) и масса, уменьшенные по сравнению с известным техническим решением примерно в 5÷10 раз за счет введения в нагрузку рядом с резистивной пленкой тонкой диэлектрической пластины (ΔL≤0,15L) с диэлектрической проницаемостью ε≥5;
2. хороший КСВ нагрузки в заданной рабочей полосе частот, обусловленный использованием продольного настроечного металлического штыря в короткозамкнутом шлейфе, а в волноводах высокого сечения также металлических слоев, охватывающих края диэлектрической пластины, соприкасающиеся с широкими стенками волновода, и выступающих в волновод тем больше, чем больше размер "b" волновода;
3. надежный электрический контакт резистивной пленки с волноводом за счет введения вспомогательных металлических слоев, упомянутых в п.2, нанесенных внахлест с резистивной пленкой и имеющих надежный электрический контакт с волноводом через пайку их к его широким стенкам, или приклейку контактным клеем и др.
4. хороший теплоотвод от резистивной пленки через металлические слои, упомянутые в пп.2, 3, к волноводу, играющему роль радиатора.
Технический результат предлагаемого решения заключается в минимизации продольных размеров нагрузки более чем в 2 раза и обеспечении хорошего согласования по КСВ в заданном диапазоне частот при сохранении этих характеристик в реальных условиях изготовления и эксплуатации.
Возможность реализации этого результата обеспечивается за счет использования для сокращения продольных размеров нагрузки до длины L≤λв/8, где λв- длина волны в волноводе, заполненном воздухом, тонкой диэлектрической пластины (ΔL≤0,15L) с высокой диэлектрической проницаемостью (ε≥5), вплотную прилегающей к резистивной пленке, нанесенной внахлест с металлическими слоями, охватывающими края диэлектрической пластины, соприкасающиеся с широкими стенками волноводного шлейфа, имеющими с этими стенками электрический и тепловой контакт, при этом расстояние между краями металлических слоев на поверхности диэлектрической пластины не превосходит высоты волноводного канала короткозамкнутого шлейфа. Для согласования нагрузки по КСВ используется установленный в торце короткозамкнутого шлейфа настроечный металлический штырь, контактирующий с торцем.
Таким образом, сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что предложена волноводная пленочная нагрузка, содержащая короткозамкнутый волноводный шлейф и расположенные в его поперечном сечении пленочный резистор и диэлектрическая пластина, выполненные так, что
- короткозамкнутый волноводный шлейф имеет длину L≤λв/8, где λв- длина волны в волноводе шлейфа;
- на торце короткозамкнутого шлейфа вдоль его продольной оси установлен настроечный металлический штырь, имеющий электрический контакт с торцем;
- пленочный резистор с сопротивлением R=(0,8±0,2)Zо, где Zо - волновое сопротивление волновода, нанесен на диэлектрическую пластину толщиной ΔL≤0,15L с диэлектрической проницаемостью ε≥5 внахлест с металлическими слоями, охватывающими края диэлектрической пластины, соприкасающиеся с широкими стенками волноводного шлейфа, причем металлические слои имеют с его стенками электрический и тепловой контакт, а расстояние между краями металлических слоев на поверхности диэлектрической пластины b'<b, где b - высота волноводного шлейфа.
- короткозамкнутый волноводный шлейф имеет длину L≤λв/8, где λв- длина волны в волноводе шлейфа;
- на торце короткозамкнутого шлейфа вдоль его продольной оси установлен настроечный металлический штырь, имеющий электрический контакт с торцем;
- пленочный резистор с сопротивлением R=(0,8±0,2)Zо, где Zо - волновое сопротивление волновода, нанесен на диэлектрическую пластину толщиной ΔL≤0,15L с диэлектрической проницаемостью ε≥5 внахлест с металлическими слоями, охватывающими края диэлектрической пластины, соприкасающиеся с широкими стенками волноводного шлейфа, причем металлические слои имеют с его стенками электрический и тепловой контакт, а расстояние между краями металлических слоев на поверхности диэлектрической пластины b'<b, где b - высота волноводного шлейфа.
Сущность предлагаемого технического решения будет понятна из следующего описания и приложенного к нему графического материала.
Фиг.1 - предлагаемая волноводная пленочная нагрузка;
фиг. 2 - график зависимости КСВ от частоты, измеренный экспериментально, для конкретной реализации волноводной пленочной нагрузки:
глубина погружения металлических слоев в волновод
На фиг. 1:
1 - короткозамкнутый волноводный шлейф;
2 - пленочный резистор;
3 - диэлектрическая пластина;
4 - настроечный металлический штырь;
5 - металлические слои;
Принцип работы предлагаемой волноводной пленочной нагрузки заключается в следующем:
Нагрузка присоединяется к волноводу, сечение которого совпадает с сечением короткозамкнутого шлейфа. СВЧ-сигнал из этого волновода поступает в короткозамкнутый шлейф 1, имеющий длину L≤λв/8, что вдвое меньше длины традиционных пленочных нагрузок с четвертьволновым короткозамкнутым шлейфом. Перед короткозамкнутым шлейфом в его поперечном сечении установлен пленочный резистор 2, нанесенный на тонкую (ΔL≤0,15L) диэлектрическую пластину 3 с высокой диэлектрической проницаемостью (ε≥5). Необходимые условия согласования по КСВ в такой короткой нагрузке обеспечиваются за счет измененной структуры поля вблизи пленочного резистора при установке вплотную к нему тонкой диэлектрической пластины с высоким ε, а также за счет уменьшения по сравнению с волновым сопротивлением (Zо) волновода сопротивления резистивной пленки R= (0,8±0,2)Zо.
фиг. 2 - график зависимости КСВ от частоты, измеренный экспериментально, для конкретной реализации волноводной пленочной нагрузки:
глубина погружения металлических слоев в волновод
На фиг. 1:
1 - короткозамкнутый волноводный шлейф;
2 - пленочный резистор;
3 - диэлектрическая пластина;
4 - настроечный металлический штырь;
5 - металлические слои;
Принцип работы предлагаемой волноводной пленочной нагрузки заключается в следующем:
Нагрузка присоединяется к волноводу, сечение которого совпадает с сечением короткозамкнутого шлейфа. СВЧ-сигнал из этого волновода поступает в короткозамкнутый шлейф 1, имеющий длину L≤λв/8, что вдвое меньше длины традиционных пленочных нагрузок с четвертьволновым короткозамкнутым шлейфом. Перед короткозамкнутым шлейфом в его поперечном сечении установлен пленочный резистор 2, нанесенный на тонкую (ΔL≤0,15L) диэлектрическую пластину 3 с высокой диэлектрической проницаемостью (ε≥5). Необходимые условия согласования по КСВ в такой короткой нагрузке обеспечиваются за счет измененной структуры поля вблизи пленочного резистора при установке вплотную к нему тонкой диэлектрической пластины с высоким ε, а также за счет уменьшения по сравнению с волновым сопротивлением (Zо) волновода сопротивления резистивной пленки R= (0,8±0,2)Zо.
Степень снижения сопротивления R зависит от нескольких факторов: от относительного заполнения сечения волновода резистивной пленкой, имеющей площадь (чем больше Ks, тем меньше сопротивление R); от рабочей частоты (чем выше частота, тем ближе R к Zо) и др.
В целях ослабления требований к ширине частотной полосы согласования по заданному уровню КСВ в нагрузке предусмотрена настройка с помощью металлического штыря 4, имеющего электрический контакт с торцем короткозамкнутого шлейфа 1 и ориентированного вдоль его продольной оси 00'.
Для обеспечения во всех условиях изготовления и эксплуатации нагрузки надежного электрического контакта и, следовательно, неизменного КСВ, а также и теплового контакта пленочного резистора 2 с волноводным шлейфом, выполняющим в совокупности с присоединяемым волноводом функцию радиатора, на края диэлектрической пластины 3, соприкасающиеся с широкими стенками волноводного шлейфа 1, внахлест с пленочным резистором 2 нанесены металлические слои 5, обладающие малым относительным удельным сопротивлением q и высоким коэффициентом теплопроводности Кт[Вт/мoс].
Роль этих металлических слоев не ограничивается соединительной функцией резистора с волноводом. В общем случае металлические слои 5 выступают в волновод, уменьшая его размер b до величины b' в зоне расположения резистивной пленки на диэлектрической пластине 3. Это позволяет даже в волноводах с большим b минимизировать возможность возбуждения высших типов волн в диэлектрике и тем самым улучшить условия согласования нагрузки по КСВ. Понятно, что глубина погружения металлических слоев в волновод тем больше, чем выше его размер b. В волноводах низкого сечения глубина погружения металлических слоев 5 в волновод может быть минимальной.
Технико-экономические преимущества предлагаемого решения по сравнению с прототипом заключаются в минимизации массы и габаритов нагрузки при сохранении высоких требований к КСВ в рабочем диапазоне частот и приемлемой для практики устойчивости к воздействию уровня мощности до 10 Вт при температуре окружающей среды до +70oС. Этот уровень мощности также, как и в аналоге, может быть увеличен за счет использования принудительного охлаждения.
Claims (1)
- Волноводная пленочная нагрузка, содержащая короткозамкнутый волноводный шлейф, диэлектрическую пластину и пленочный резистор, отличающаяся тем, что короткозамкнутый волноводный шлейф выполнен длиной L≤λв/8, где λв - длина волны в волноводе, на торце короткозамкнутого шлейфа вдоль его продольной оси установлен настроечный металлический штырь, имеющий электрический контакт с торцом, пленочный резистор с сопротивлением R= (0,8±0,2)Zо, где Zо - волновое сопротивление волновода, нанесен на диэлектрическую пластину толщиной ΔL≤0,15L с диэлектрической проницаемостью ε≥5 внахлест с металлическими слоями, охватывающими края диэлектрической пластины, соприкасающиеся с широкими стенками волноводного шлейфа, причем металлические слои имеют с его стенками электрический и тепловой контакт, а расстояние между краями металлических слоев на поверхности диэлектрической пластины b'<b, где b - высота волноводного шлейфа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001113056A RU2185011C1 (ru) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | Волноводная пленочная нагрузка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001113056A RU2185011C1 (ru) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | Волноводная пленочная нагрузка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2185011C1 true RU2185011C1 (ru) | 2002-07-10 |
Family
ID=20249578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001113056A RU2185011C1 (ru) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | Волноводная пленочная нагрузка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2185011C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU175414U1 (ru) * | 2017-07-21 | 2017-12-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" | Волноводная нагрузка на метаматериале |
RU178551U1 (ru) * | 2017-12-04 | 2018-04-06 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Волноводная нагрузка |
-
2001
- 2001-05-11 RU RU2001113056A patent/RU2185011C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU175414U1 (ru) * | 2017-07-21 | 2017-12-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" | Волноводная нагрузка на метаматериале |
RU178551U1 (ru) * | 2017-12-04 | 2018-04-06 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Волноводная нагрузка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mariani et al. | Slot line characteristics | |
Hatakeyama et al. | Electromagnetic wave absorber using ferrite absorbing material dispersed with short metal fibers | |
Chandler | An investigation of dielectric rod as wave guide | |
US5334941A (en) | Microwave reflection resonator sensors | |
US4211911A (en) | Microwave directional coupler and detector module | |
US2915716A (en) | Microstrip filters | |
Pues et al. | Wideband quasi-log-periodic microstrip antenna | |
CN100388829C (zh) | 表面安装型天线及搭载这种天线的通信装置 | |
US4652889A (en) | Plane periodic antenna | |
JP3045046B2 (ja) | 非放射性誘電体線路装置 | |
Kishk et al. | Slot excitation of the dielectric disk radiator | |
AU743866B2 (en) | A radiocommunication device and a dual-frequency microstrip antenna | |
Yang et al. | A dynamic model for microstrip-slotline transition and related structures | |
EP2953207B1 (en) | Circularly-polarized patch antenna | |
JPS63224404A (ja) | パッチアンテナ | |
EP1782501B1 (en) | Double structure broadband leaky wave antenna | |
RU2185011C1 (ru) | Волноводная пленочная нагрузка | |
US2701861A (en) | Adjustable wave guide termination | |
Varadan et al. | Electronically steerable leaky wave antenna using a tunable ferroelectric material | |
Olyphant et al. | Strip-line methods for dielectric measurements at microwave frequencies | |
Deng et al. | A CPW-fed rectangular dielectric resonator antenna | |
US6172497B1 (en) | High-frequency wave measurement substrate | |
JP2001083102A (ja) | 電磁波式濃度測定装置 | |
US5173666A (en) | Microstrip-to-inverted-microstrip transition | |
US3065435A (en) | Attenuators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200512 |