RU2657318C1 - Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений - Google Patents
Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657318C1 RU2657318C1 RU2017107280A RU2017107280A RU2657318C1 RU 2657318 C1 RU2657318 C1 RU 2657318C1 RU 2017107280 A RU2017107280 A RU 2017107280A RU 2017107280 A RU2017107280 A RU 2017107280A RU 2657318 C1 RU2657318 C1 RU 2657318C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- section
- cross
- metal
- dielectric
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 41
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
- H01P5/082—Transitions between hollow waveguides of different shape, e.g. between a rectangular and a circular waveguide
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к переходным устройствам для связи волноводов различных размеров. Гибкий волновод содержит диэлектрический волновод и волноводные переходы от диэлектрического волновода к металлическому волноводу стандартного сечения с одной стороны, и к металлическому волноводу сверхразмерного сечения с другой стороны. Переходы включают отрезок волновода с плавно меняющимся сечением волноводного канала от прямоугольного к крестообразному сечению в центральной части волноводного перехода, переходящему в рупорное расширение для связи с диэлектрическим волноводом. Сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного сечения волноводного канала отрезка металлического волновода. В одном из волноводных переходов сечение волноводного канала от крестообразного плавно расширяется до прямоугольного сверхразмерного сечения металлического волновода, площадь сечения которого на выходе волноводного перехода определена заданным соотношением площади сечения к рабочей длине волны, лежащим в диапазоне от 2 до 8 единиц. Длина расширяющегося участка волноводного канала не менее 6λ, и отрезок диэлектрического волновода на этом участке выполнен клинообразным. Технический результат - улучшение согласования волновых характеристик, уменьшение потерь и упрощение конструкции гибкого волновода. 6 ил.
Description
Изобретение относится к технике микроволнового диапазона и может быть использовано в диагностической аппаратуре, в частности, в радиоинтерферометрах для измерения параметров быстропротекающих процессов движения различных материальных объектов, ударно-волновых и детонационных фронтов, параметров плазмы.
Расположение объекта исследования в труднодоступных местах или обеспечение безопасности и сохранения приемопередатчика (ПП) радиоинтерферометра при диагностике быстропротекающих ударных процессов требуют пространственного разнесения ПП и объекта исследования на единицы-десятки метров и их связи гибким волноведущим зондирующим трактом.
С этой целью в миллиметровом (мм) диапазоне длин волн широко используются диэлектрические волноводы (ДВ) [1].
В приемо-передающей и контрольно-измерительной аппаратуре мм диапазона волн волноводные выходы выполнены на полых металлических волноводах прямоугольного сечения. Применяются волноводы с сечениями, которые приняты стандартными, т.е. обеспечивающими распространение только основной волны Н10 с минимальными потерями для заданного диапазона длин волн (одномодовый режим работы) [2].
Для связи ДВ с металлическими волноводами (MB) применяются волноводные переходы от металлического волновода стандартного сечения к ДВ [3, 4, 5]. Однако уровень погонных потерь в ДВ от 2 до 6 дБ/м в диапазоне длин волн от 3 до 2 мм при энергетических параметрах современных ПП не обеспечивает возможность применения волноведущего зондирующего тракта на ДВ длиной более единиц метров.
Вместе с тем, диагностика целого ряда ударных быстропротекающих процессов в целях безопасности требует разнесения ПП радиоинтерферометра от объекта диагностики на десятки метров.
Известно, что значительного снижения погонных потерь можно достигнуть применением металлических волноводов сверхразмерных сечений. Так, применение прямоугольных металлических волноводов сверхразмерного сечения 7,2 × 3,4 мм2 для диапазона длин волн 3...2 мм обеспечивает в указанном диапазоне погонные потери 0,4…0,8 дБ/м [2]. В этом случае можно обеспечить длину волноведущего зондирующего тракта в десятки метров на MB сверхразмерного сечения с гибкими диэлектрическими волноводами на конечных участках тракта для связи с аппаратурой на прямоугольном MB стандартного сечения с одной стороны и для связи с протяженным MB сверхразмерного сечения с другой стороны.
Наиболее близким к предложенному решению является известный волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому, принятый за прототип [5], который обеспечивает переход диэлектрического волновода к MB со стандартным сечением волноводного канала для одномодового режима работы. Для перехода на MB сверхразмерного сечения необходимо дополнительно использовать переход металлического волновода со стандартного сечения на сверхразмерное сечение. Однако в силу многомодового режима MB сверхразмерных сечений для обеспечения возбуждения только основной моды Н10 такие переходы должны иметь длину от 20 до 100 длин волн [6, 7]. Это усложняет конструкцию гибкого волновода для связи MB стандартного и сверхразмерного сечений, что приводит к дополнительным потерям и рассогласованию в местах фланцевого соединения волноводного перехода MB к ДВ и волноводного перехода с одного сечения прямоугольного MB на другое, значительному увеличению габаритов волноводного перехода от MB сверхразмерного сечения к ДВ.
Техническим результатом предложенного изобретения является улучшение согласования волновых характеристик, уменьшение потерь и упрощение конструкции гибкого волновода для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений.
Указанный технический результат достигается тем, что в гибком волноводе для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений, содержащем диэлектрический волновод и волноводные переходы от диэлектрического волновода к металлическому волноводу стандартного сечения с одной стороны и к металлическому волноводу сверхразмерного сечения с другой стороны, включающие отрезок металлического волновода с плавно меняющимся сечением волноводного канала от прямоугольного сечения металлических волноводов на выходах гибкого волновода к крестообразному сечению в центральной части волноводного перехода, переходящему в рупорное расширение для связи с диэлектрическим волноводом, причем сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного сечения волноводного канала отрезка металлического волновода, в одном из волноводных переходов сечение волноводного канала от крестообразного плавно расширяется до прямоугольного сверхразмерного сечения металлического волновода, площадь сечения которого на выходе волноводного перехода определена соотношением: 
где λ - рабочая длина волны, при этом длина расширяющегося участка волноводного канала не менее 6λ, и отрезок диэлектрического волновода на этом участке выполнен клинообразным.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами: на фиг. 1 представлен эскиз конструкции гибкого волновода, на фиг. 2. представлено сечение А-А, на фиг. 3 представлено сечение Б-Б, на фиг. 4 представлено сечение В-В, на фиг. 5 представлено сечение Г-Г и на фиг. 6 - сечение Д-Д.
Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений, представленный на фиг. 1, состоит из диэлектрического волновода 1 и волноводных переходов 2 и 3 к металлическим волноводам сверхразмерного и стандартного сечений соответственно.
Волноводный переход 2 в сечении А-А имеет фланец 4 для стыковки с металлическим волноводом сверхразмерного сечения, волноводный переход 3 в сечении Б-Б имеет фланец 5 для стыковки с металлическим волноводом стандартного сечения.
В корпусе волноводного перехода 2 реализован волноводный канал переменного сечения. В центральной части волноводного перехода 2 в сечении В-В волноводный канал имеет крестообразное сечение с вертикальной частью сечения, равной сечению диэлектрического волновода 1. На участке волноводного перехода от сечения В-В до сечения А-А длиной 6λ волноводный канал 6 плавно расширяется от крестообразного сечения до сверхразмерного сечения прямоугольного металлического волновода, площадь сечения S которого выбирается из соотношения 
а диэлектрический волновод выполнен клинообразным от сечения В-В до сечения А-А.
На участке волноводного перехода 2, от сечения В-В до сечения Д-Д, волноводный канал выполнен с плавным рупорным расширением 7.
Конструкция волноводного перехода 3 отличается от конструкции перехода 2 изменением сечения волноводного канала от крестообразного сечения в центре перехода до прямоугольного стандартного сечения волноводного канала в сечении Б-Б, 8 - рупорное расширение волноводного канала перехода 3.
Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений работает следующим образом.
Гибкий волновод фланцем 5 волноводного перехода 3 стыкуется с выходным металлическим волноводом стандартного сечения приемо-передающей аппаратуры.
Основная волна Н10 металлического волновода прямоугольного сечения по мере распространения по волноводному каналу волноводного перехода 3 переходит в волну крестообразного волновода, близкую по структуре волне Н10 прямоугольного металлического волновода, при этом электрическое поле волны концентрируется в основном в отрезке ДВ 1, заполняющем вертикальную часть крестообразного волноводного канала [5].
Волна на крестообразном волноводном участке в волноводном переходе 3 благодаря концентрации в вертикальном сечении (в сечении ДВ) эффективно переходит в основную волну НЕ11 ДВ по мере распространения в рупорном расширении 8 волноводного перехода 3.
Аналогичным образом, при распространении волны НЕ11 по ДВ 1 происходит обратное преобразование волны НЕ11 в Н10 на крестообразном участке волноводного перехода 2.
На плавно расширяющемся участке волноводного канала перехода 2 от сечения В-В до сечения А-А по мере расширения сечения возможно преобразование основной моды волновода в высшие моды, число которых пропорционально площади сечения S волновода и определяется по формуле 
Однако, выбирая сверхразмерное сечение волновода на выходе из фланца 4 (сечение А-А) из соотношения 
, можно обеспечить минимальное преобразование основной моды волновода в высшие типы мод на длине расширяющегося участка волноводного канала от сечения В-В до сечения А-А, равной 6λ, при выполнении диэлектрического волновода на всей длине этого участка клинообразным.
При такой конструкции волноводного перехода в сечении А-А обеспечивается минимальное преобразование основной моды волновода в высшие типы мод благодаря концентрации электромагнитного поля основной моды внутри клинообразного участка ДВ.
Был реализован макет гибкого волновода для связи металлических волноводов стандартного сечения 2,4 × 1,2 мм2 и сверхразмерного сечения 7,2 × 3,4 мм2 для длины волны, равной 3 мм, диэлектрический волновод был выполнен из фторопласта сечением 2,3 × 1,0 мм2. Экспериментальная проверка макета в диапазоне 90-100 ГГц показала, что общие потери в гибком волноводе при длине диэлектрического волновода 0,5 м не превышают 1,1 дБ, при этом потери в каждом из волноводных переходов не превышают 0,3 дБ.
Литература
1. Взятышев В.Ф. Диэлектрические волноводы. Изд-во «Сов. радио», М., 1970, с. 212
2. Техника субмиллиметровых волн. Под ред. Валитова Р.А. Изд-во «Сов. радио», М., 1969, с. 250-256.
3. Орехов Ю.И., Марков А.В., Корнев Н.С. и др. Микроволновый одноканальный радиоинтерферометр с волноведущим зондирующим трактом. Патент РФ №2569581, Н01Р 5/00. Опубл. 27.11.2015. Бюл. №33.
4. Взятышев В.Ф., Рожков Г.Д., Рябов Б.И. Переход от металлического волновода к диэлектрическому. Авт. св-во СССР 333642, Н01Р 5/08. Опубл. 21.03.1972. Бюл. №11.
5. Взятышев В.Ф., Орехов Ю.И., Панкратов А.Г. и др. Волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому. Патент РФ №2557472, Н01Р 5/08. Опубл. 20.07.2015, Бюл. №20.
6. Вершинина Л.Н., Мериакри В.В. Субмиллиметровый волноводный тракт. Радиотехника и электроника, №12, 1967, с. 1815-1817.
7. Терещенков А.И., Должиков В.В. О выборе оптимальной формы многоволнового прямоугольного волноводного перехода. Изв. вузов. Радиотехника т. VIII, №1, 1965, с. 48-54.
Claims (1)
- Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений содержит диэлектрический волновод и волноводные переходы от диэлектрического волновода к металлическому волноводу стандартного сечения с одной стороны, и к металлическому волноводу сверхразмерного сечения с другой стороны, включающие отрезок металлического волновода с плавно меняющимся сечением волноводного канала от прямоугольного сечения металлических волноводов на выходах гибкого волновода к крестообразному сечению в центральной части волноводного перехода, переходящему в рупорное расширение для связи с диэлектрическим волноводом, причем сечение диэлектрического волновода равно сечению вертикальной части крестообразного сечения волноводного канала отрезка металлического волновода, отличающийся тем, что в одном из волноводных переходов сечение волноводного канала от крестообразного плавно расширяется до прямоугольного сверхразмерного сечения металлического волновода, площадь сечения которого на выходе волноводного перехода определена соотношением:, где λ - рабочая длина волны, при этом длина расширяющегося участка волноводного канала не менее 6λ, и отрезок диэлектрического волновода на этом участке выполнен клинообразным.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017107280A RU2657318C1 (ru) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017107280A RU2657318C1 (ru) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2657318C1 true RU2657318C1 (ru) | 2018-06-13 |
Family
ID=62619917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017107280A RU2657318C1 (ru) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2657318C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2867776A (en) * | 1954-12-31 | 1959-01-06 | Rca Corp | Surface waveguide transition section |
| US4482899A (en) * | 1981-10-28 | 1984-11-13 | At&T Bell Laboratories | Wide bandwidth hybrid mode feeds |
| US5684495A (en) * | 1995-08-30 | 1997-11-04 | Andrew Corporation | Microwave transition using dielectric waveguides |
| EP2889950A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-07-01 | Honeywell International Inc. | Compact amplitude and phase trimmer |
| RU2557472C1 (ru) * | 2014-01-21 | 2015-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "КВЧ-Комплекс" | Волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому |
-
2017
- 2017-03-06 RU RU2017107280A patent/RU2657318C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2867776A (en) * | 1954-12-31 | 1959-01-06 | Rca Corp | Surface waveguide transition section |
| US4482899A (en) * | 1981-10-28 | 1984-11-13 | At&T Bell Laboratories | Wide bandwidth hybrid mode feeds |
| US5684495A (en) * | 1995-08-30 | 1997-11-04 | Andrew Corporation | Microwave transition using dielectric waveguides |
| EP2889950A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-07-01 | Honeywell International Inc. | Compact amplitude and phase trimmer |
| RU2557472C1 (ru) * | 2014-01-21 | 2015-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "КВЧ-Комплекс" | Волноводный переход от металлического волновода к диэлектрическому |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4152648A (en) | Radiocommunication system for confined spaces | |
| Rahali et al. | Design of K-Band substrate integrated waveguide coupler, circulator and power divider | |
| RU2013132713A (ru) | Измерительное устройство, устройство управления и измерительный прибор для измерения уровня наполнения | |
| JP6093743B2 (ja) | ミリ波帯伝送路変換構造 | |
| RU2657318C1 (ru) | Гибкий волновод для связи металлических волноводов стандартного и сверхразмерного сечений | |
| Reese et al. | Fully dielectric rod antenna arrays with high permittivity materials | |
| US2656515A (en) | Wave guide impedance transformer | |
| Li et al. | Novel overmode circular waveguide bend for high power TM 01 mode transmission | |
| US9525199B2 (en) | Millimeter waveband filter | |
| Nguyen et al. | Planar slow-wave structure with parasitic mode control | |
| US2701341A (en) | High-frequency directional coupler | |
| US9627733B2 (en) | Millimeter waveband filter | |
| Jing et al. | Development of a dual-layered dielectric-loaded accelerating structure | |
| RU162220U1 (ru) | Многоканальный волноводный делитель | |
| Sawamura et al. | Properties of the RF transmission line of a C-shaped waveguide | |
| RU2576977C2 (ru) | Замедляющая система | |
| Castro et al. | Wide band interaction impedance and mode excitation in glide symmetric double corrugated waveguides for mm-wave TWTs | |
| Soekmadji et al. | Trapped mode phenomena in a weakly overmoded waveguiding structure of rectangular cross section | |
| Maeda et al. | Bending loss in two dimensional photonic crystal waveguide | |
| Zhang et al. | A multiple-hole input coupler for a 372 GHz gyro-travelling wave amplifier | |
| JP2010273151A (ja) | モード変換器、電力合成／分配器及び平面マジックｔ | |
| Provalov | Dispersion properties of coupled dielectric waveguides with non-equal permittivities | |
| RU163854U1 (ru) | Возбудитель волны те01 | |
| Kladukhin et al. | A generator of high-power nanosecond pulses based on a modular two-level summator | |
| Fan et al. | Design and cold test of a W-band coaxial staggered double-grating slow-wave structure |