RU2678924C1 - Coaxial coaxial-to-waveguide transducer of high-level power - Google Patents
Coaxial coaxial-to-waveguide transducer of high-level power Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678924C1 RU2678924C1 RU2018109414A RU2018109414A RU2678924C1 RU 2678924 C1 RU2678924 C1 RU 2678924C1 RU 2018109414 A RU2018109414 A RU 2018109414A RU 2018109414 A RU2018109414 A RU 2018109414A RU 2678924 C1 RU2678924 C1 RU 2678924C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- coaxial
- segment
- rod
- regular
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 23
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 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
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам СВЧ-техники, предназначенным для согласования разнотипных линий передачи, и может быть использовано для возбуждения основной волны прямоугольного волновода (ПрВ) с помощью коаксиальной линии. Изобретение позволяет передавать электромагнитную энергию высокого уровня мощности (более 200 Вт) в заданных частотных диапазонах. The invention relates to microwave devices intended for matching different types of transmission lines, and can be used to excite the main wave of a rectangular waveguide (PrV) using a coaxial line. The invention allows the transmission of electromagnetic energy of a high power level (more than 200 W) in predetermined frequency ranges.
Наиболее часто для возбуждения основной волны Н10 ПрВ посредством коаксиальной линии, в которой распространяется поперечная ТЕМ-волна, применяются уголковые коаксиально-волноводные переходы (КВП) различных модификаций [Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ - М.: Высшая школа, 1988]. Most often, angular coaxial waveguide transitions (CVCs) of various modifications are used to excite the main wave of H 10 PrV by means of a coaxial line in which the transverse TEM wave propagates [Sazonov DM Antennas and microwave devices - M .: Higher school, 1988].
Например, известна конструкция зондового КВП [US Patent №4463324. Miniature coaxial line to waveguide transition / J.C. Rolfs. 1984], в которой для улучшения согласования двух линий передачи использован индуктивный штырь, размещаемый параллельно силовым линиям электрического поля ПрВ и металлическая втулка на его конце. Однако такой переход не обеспечивает необходимую электрическую прочность при передаче больших мощностей. For example, the known design of probe KVP [US Patent No. 4463324. Miniature coaxial line to waveguide transition / J.C. Rolfs. 1984], in which to improve the coordination of the two transmission lines, an inductive pin is used, placed parallel to the power lines of the electric field PrV and a metal sleeve at its end. However, such a transition does not provide the necessary dielectric strength when transmitting large powers.
Известен КВП с последовательным шлейфом [Патент РФ № 2464676 С1. Миниатюрный коаксиально-волноводный переход/ А.П Майоров, В.А. Рудаков, В.А. Следков. 2011] с возбуждающим элементом в виде металлического штыря, имеющего трансформирующий отрезок с диаметром, большим диаметра штыря, и два диэлектрических элемента. Несмотря на то, что такая конструкция позволяет осуществлять согласование в относительно широкой полосе частот, ее недостатком является низкая надежность, обусловленная необходимостью применения диэлектрических стержней, которые могут быть повреждены при внешних механических и климатических воздействиях. Known KVP with a serial loop [RF Patent No. 2464676 C1. Miniature coaxial waveguide transition / A.P. Mayorov, V.A. Rudakov, V.A. Sledkov. 2011] with an exciting element in the form of a metal pin having a transforming segment with a diameter larger than the diameter of the pin and two dielectric elements. Despite the fact that this design allows matching in a relatively wide frequency band, its disadvantage is the low reliability due to the need to use dielectric rods, which can be damaged by external mechanical and climatic influences.
Высокая электрическая прочность и относительно широкая полоса согласования достигаются в других модификациях уголковых КВП: переходе с поперечным стержнем и переходе пуговичного типа [Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ - М.: Высшая школа, 1988], но их общий недостаток – необходимость использования дополнительных элементов согласования, например, индуктивных диафрагм. High dielectric strength and a relatively wide matching band are achieved in other modifications of corner KVP: the transition with a transverse rod and the transition of the button type [Sazonov DM Microwave antennas and devices - M .: Higher School, 1988], but their common drawback is the need to use additional matching elements, for example, inductive diaphragms.
Известна конструкция соосного КВП [Патент РФ № 2517678 С1. Коаксиально-волноводный переход / А.В. Хомяков, С.А. Журавлев, В.П. Клапов, Е.В. Манаенков, С.Н. Терехин. 2012], элемент согласования которого, выполненный в виде металлического стержня, являющегося продолжением внутреннего проводника коаксиальной линии, стыкуется с металлическим ступенчатым элементом, распложенным на нижней стенке ПрВ. Недостатком данной конструкции является низкая электрическая прочность, обусловленная наличием ступенчатого металлического гребня внутри ПрВ. Known design coaxial KVP [RF Patent No. 2517678 C1. Coaxial waveguide transition / A.V. Khomyakov, S.A. Zhuravlev, V.P. Klapov, E.V. Manaenkov, S.N. Terekhin. 2012], the matching element of which, made in the form of a metal rod, which is a continuation of the inner conductor of the coaxial line, is joined with a metal step element located on the lower wall of the PrV. The disadvantage of this design is the low dielectric strength due to the presence of a stepped metal ridge inside the PrV.
Известна другая конструкция соосного КВП [А.с. № 1305802 А1. Коаксиально-волноводный переход / В.П. Петренко. 1985], в которой для согласования ПрВ с коаксиальной линией использован Г-образный элемент возбуждения, вводимый в волновод через торцевую стенку и соединенный с дополнительным планарным фильтром нижних частот и согласованной нагрузкой, размещаемыми на широкой стенке волновода. Недостатком конструкции является сложность ее реализации и низкая надежность, вызванная наличием планарных устройств. Known for another design of coaxial KVP [A.S. No. 1305802 A1. Coaxial waveguide transition / V.P. Petrenko. 1985], in which an L-shaped excitation element is used to match the PrW with the coaxial line, which is introduced into the waveguide through the end wall and connected to an additional planar low-pass filter and a matched load placed on a wide waveguide wall. The disadvantage of the design is the complexity of its implementation and low reliability caused by the presence of planar devices.
Известна конструкция соосного КВП [А.с. № 1247979 А1. Коаксиально-волноводный переход / В.М. Антоненко, В.И. Крутиков, В.Д. Кузнецов. 1984], в котором улучшение согласования между коаксиальной линией и ПрВ достигается за счет полуволнового проводника, стыкуемого с широкой стенкой волновода под углом и смещенного относительно центральной оси, а также двух металлических стержней, увеличивающих переходное ослабление на второй и третьей гармониках. Недостатком данной конструкции являются дополнительные элементы подстройки, снижающие ее электрическую прочность.Known design coaxial KVP [A.S. No. 1247979 A1. Coaxial waveguide transition / V.M. Antonenko, V.I. Krutikov, V.D. Kuznetsov. 1984], in which the improvement of the coordination between the coaxial line and the PrW is achieved due to the half-wave conductor that is joined to the wide waveguide wall at an angle and offset from the central axis, as well as two metal rods that increase the transition attenuation at the second and third harmonics. The disadvantage of this design is the additional elements of the adjustment, reducing its electrical strength.
Наиболее близким к заявляемому устройству является соосный КВП [Патент РФ 2011245. Соосный коаксиально-волноводный переход / Ю.В. Тюрин, 1994], включающий отрезок прямоугольного волновода, короткозамкнутый торцевой стенкой, регулярный отрезок коаксиальной линии, подключенный к торцевой стенке волновода в ее центральной части, элемент связи, являющийся продолжением внутреннего проводника коаксиальной линии, соединенный с одной из широких стенок прямоугольного волновода. При этом элемент связи состоит из зондовой и аксиальной частей, расположенных между собой под произвольным углом. Аксиальная часть выполнена в виде ленты толщиной 0.1-0.25 ммClosest to the claimed device is coaxial CVP [RF Patent 2011245. Coaxial coaxial waveguide transition / Yu.V. Tyurin, 1994], including a segment of a rectangular waveguide, short-circuited by the end wall, a regular segment of a coaxial line connected to the end wall of the waveguide in its central part, a communication element that is a continuation of the inner conductor of the coaxial line connected to one of the wide walls of the rectangular waveguide. In this case, the communication element consists of the probe and axial parts located between each other at an arbitrary angle. The axial part is made in the form of a tape 0.1-0.25 mm thick
Данная конструкция коаксиально-волноводного перехода позволяет добиться КСВН порядка 1.2 в полосе 30% и величины переходного ослабления не более 0.2 дБ. Кроме того, за счет использования в качестве элемента связи ленты малой толщины, данный КВП не обладает достаточной надежностью и механической прочностью при ударных нагрузках, а также его нельзя использовать для передачи высоких уровней мощности (более 200 Вт). This design of the coaxial-waveguide transition allows achieving an VSWR of the order of 1.2 in the band of 30% and the transition attenuation of no more than 0.2 dB. In addition, due to the use of a tape of small thickness as a coupling element, this CVP does not have sufficient reliability and mechanical strength under shock loads, and it cannot be used to transmit high power levels (more than 200 W).
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является создание коаксиально-волноводного перехода с улучшенным уровнем согласования, обеспечивающего повышение уровня передаваемой мощности и обладающего высокой надежностью при эксплуатации в условиях сильных внешних воздействий. The technical problem solved by the claimed invention is the creation of a coaxial waveguide transition with an improved level of coordination, providing an increase in the level of transmitted power and having high reliability during operation in conditions of strong external influences.
Техническим результатом является улучшение уровня согласования и снижение КСВН до значений менее 1.2 в заданном частотном диапазоне (3.1...3.9 ГГц) при обеспечении передачи СВЧ энергии высокого уровня мощности, упрощении конструкции КВП и повышении ее надежности.The technical result is to improve the level of coordination and reduce the VSWR to values less than 1.2 in a given frequency range (3.1 ... 3.9 GHz) while ensuring the transmission of microwave energy of a high power level, simplifying the design of the HVC and increasing its reliability.
Технический результат достигается тем, что в соосном коаксиально-волноводном переходе, включающем отрезок прямоугольного волновода, короткозамкнутый торцевой стенкой, регулярный отрезок коаксиальной линии, подключенный к торцевой стенке волновода в ее центральной части, элемент связи, являющийся продолжением внутреннего проводника коаксиальной линии, соединенный с одной из широких стенок прямоугольного волновода, согласно предлагаемому решению, отрезок прямоугольного волновода выполнен в виде рупора, образованного отрезком нерегулярного волновода и отрезком регулярного волновода, при этом высота узкой стенки рупора является постоянной вдоль направления распространения электромагнитной волны, а элемент связи выполнен в виде стержня, соединенного с одной из широких стенок прямоугольного волновода посредством металлического держателя, при этом упомянутый стержень выполнен толщиной, больше толщины внутреннего проводника коаксиальной линии и расположен параллельно широким стенкам волновода, а металлический держатель выполнен толщиной, меньше толщины стержня и расположен перпендикулярно широкой стенке волновода на удалении от свободного конца стержня. The technical result is achieved in that in a coaxial coaxial waveguide junction, including a segment of a rectangular waveguide, a short-circuited end wall, a regular segment of a coaxial line connected to the end wall of the waveguide in its central part, a communication element that is a continuation of the inner conductor of the coaxial line connected to one from the wide walls of a rectangular waveguide, according to the proposed solution, a segment of a rectangular waveguide is made in the form of a horn formed by a segment of spine and the length of the regular waveguide, the height of the narrow wall of the horn being constant along the direction of propagation of the electromagnetic wave, and the communication element is made in the form of a rod connected to one of the wide walls of the rectangular waveguide by means of a metal holder, while the said rod is made thicker than the thickness the inner conductor of the coaxial line and is parallel to the wide walls of the waveguide, and the metal holder is made thicker than the thickness of the rod It is perpendicular to the broad wall of the waveguide at a distance from the free end of the rod.
Внутренний проводник коаксиальной линии и металлический держатель выполнены различной толщины.The inner conductor of the coaxial line and the metal holder are made of various thicknesses.
Стержень и металлический держатель могут быть выполнены цилиндрической формы. При этом стержень может быть выполнен диаметром d1, определяемым из соотношения 0.03a≤d1≤0.04a, а металлический держатель может быть выполнен диаметром d2, определяемым из соотношения 0.02a≤d2≤0.03a, где а – размер широкой стенки регулярного отрезка волновода в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны.The rod and the metal holder can be made cylindrical. In this case, the rod can be made with a diameter d 1 determined from the ratio 0.03a≤d 1 ≤0.04a, and the metal holder can be made with a diameter d 2 determined from the ratio 0.02a≤d 2 ≤0.03a, where a is the size of the wide wall a regular length of the waveguide in a direction perpendicular to the direction of wave propagation.
Держатель может быть расположен с обеспечением расстояния l1 от оси держателя до свободного конца стержня, определяемом из соотношения 0.08а ≤ l1 ≤ 0,1а.The holder can be located with a distance l 1 from the axis of the holder to the free end of the rod, determined from the ratio 0.08a ≤ l 1 ≤ 0.1a.
Отрезок прямоугольного волновода может быть выполнен длиной s и высотой b, определяемыми из соотношения 0.7a ≤s≤0.9a, 0.1a≤b≤0.2a.A segment of a rectangular waveguide can be made of length s and height b, determined from the relationship 0.7a ≤s≤0.9a, 0.1a≤b≤0.2a.
Стержень может быть выполнен длиной l, определяемой из соотношения 0.7a≤l≤0.8a.The rod can be made of length l, determined from the ratio 0.7a≤l≤0.8a.
Отрезок нерегулярного волновода рупора может быть выполнен длиной w, определяемой из соотношения 1.8u≤w≤1.9u, где u – длина отрезка нерегулярного волновода рупора.A segment of an irregular horn waveguide can be made with a length w determined from the relation 1.8u≤w≤1.9u, where u is the length of a segment of an irregular horn waveguide.
Отрезок прямоугольного волновода может быть выполнен высотой, равной ширине его короткозамкнутой торцевой стенки, а регулярный отрезок коаксиальной линии может быть выполнен длиной, равной высоте отрезка прямоугольного волновода.A segment of a rectangular waveguide can be made with a height equal to the width of its short-circuited end wall, and a regular segment of a coaxial line can be made with a length equal to the height of a segment of a rectangular waveguide.
Предлагаемая совокупность признаков решения позволяет осуществить постепенную трансформацию ТЕМ-волны в волну Н10 ПрВ за счет более плавного изменения волнового сопротивления внутри КВП и, тем самым, снизить уровень отраженной мощности. Кроме того, использование в качестве элемента связи стержня вместо тонкой пластины позволяет повысить электрическую и механическую прочность конструкции по сравнению с прототипом. The proposed set of features of the solution allows the gradual transformation of the TEM wave into the H 10 PrV wave due to a smoother change in the wave resistance inside the CWP and, thereby, reduce the reflected power level. In addition, the use as a coupling element of the rod instead of a thin plate allows to increase the electrical and mechanical strength of the structure compared to the prototype.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами. На Фиг.1 представлена трехмерная конфигурация КВП, на Фиг.2-4 представлены двумерные проекции КВП в трех ортогональных плоскостях xz, xy, yz, соответственно. The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the three-dimensional configuration of the CVP, Figure 2-4 presents two-dimensional projections of the CVP in three orthogonal planes xz, xy, yz, respectively.
Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:
1 – регулярный отрезок коаксиальной линии;1 - a regular segment of a coaxial line;
2 – внутренний проводник коаксиальной линии;2 - inner conductor of the coaxial line;
3 – внешний проводник коаксиальной линии;3 - external conductor of the coaxial line;
4 – рупор на прямоугольном волноводе;4 - a horn on a rectangular waveguide;
5 – стержень;5 - a core;
6 – держатель (крепежный элемент);6 - holder (fastener);
7 – отрезок нерегулярного волновода рупора;7 - segment irregular waveguide horn;
8 – отрезок регулярного волновода рупора.8 - a segment of a regular horn waveguide.
Коаксиально-волноводный переход включает регулярный отрезок коаксиальной линии 1, стоящий из внутреннего 2 и внешнего 3 проводников, рупор 4 на прямоугольном волноводе, к торцевой стенке которого в ее центральной части подключен отрезок коаксиальной линии 1, и элемент связи, расположенный внутри рупора 4 и выполненный в виде металлического стержня 5 (проводника) с металлическим держателем 6. При этом внутренний проводник 2 коаксиальной линии, стержень 5 и держатель 6 выполнены различной толщины. Рупор 4 на прямоугольном волноводе состоит из отрезка нерегулярного волновода 7 и отрезка регулярного волновода 8. Узкие стенки рупора (отрезков 7 и 8 волновода) выполнены с постоянной высотой, не меняющейся вдоль направления распространения электромагнитной волны. Стержень 5 соединен с держателем 6 посредством сварки, пайки или иным способом, и является продолжением внутреннего проводника 2 коаксиальной линии 1. Стержень 5 расположен параллельно широким стенкам волновода вдоль его центральной оси. При этом толщина стержня 5 превышает толщину внутреннего проводника 2 коаксиальной линии, а его длина меньше длины рупора 4. The coaxial-waveguide transition includes a regular segment of the coaxial line 1, consisting of an inner 2 and an outer 3 conductors, a speaker 4 on a rectangular waveguide, to which an end segment of the coaxial line 1 is connected to its end wall, and a communication element located inside the mouthpiece 4 and made in the form of a metal rod 5 (conductor) with a metal holder 6. The inner conductor 2 of the coaxial line, the rod 5 and the holder 6 are made of different thicknesses. A horn 4 on a rectangular waveguide consists of a segment of an irregular waveguide 7 and a segment of a
Стержень 5 соединен с широкой (нижней) стенкой прямоугольного волновода посредством крепежного металлического элемента – держателя 6. Данное соединение также может быть выполнено сваркой, пайкой или иным способом. Держатель 6 расположен под прямым углом к стержню 5 и поверхности широкой стенки волновода и выполнен толщиной, меньше толщины стержня 5. The rod 5 is connected to the wide (lower) wall of the rectangular waveguide by means of a fastening metal element - holder 6. This connection can also be made by welding, soldering or otherwise. The holder 6 is located at right angles to the rod 5 and the surface of the wide wall of the waveguide and is made thicker than the thickness of the rod 5.
Стержень 5 и держатель 6 могут быть выполнены с поперечным сечением в виде многоугольника с числом сторон n ≥ 4, в том числе в виде цилиндра при n → ∞, так как волновое сопротивление ТЕМ-волны, распространяющейся в прямоугольном волноводе со стержнем, согласно теории данных линий передачи [Wadell B.C. Transmission line design handbook, London: Artech House, 1991] слабо зависит от формы внутреннего проводника. При этом форма стержня 5 и держателя 6 могут различаться при условии выполнения для них условия n ≥ 4. Rod 5 and holder 6 can be made with a cross section in the form of a polygon with the number of sides n ≥ 4, including in the form of a cylinder as n → ∞, since the wave resistance of a TEM wave propagating in a rectangular waveguide with a rod, according to data theory transmission lines [Wadell BC Transmission line design handbook, London: Artech House, 1991] weakly depends on the shape of the inner conductor. Moreover, the shape of the rod 5 and the holder 6 may vary subject to the condition n ≥ 4.
В одном из вариантов реализации изобретения, длина s рупора и его высота b могут быть определены из соотношений: 0.7a≤s≤0.9a, 0.1a≤b≤0.2a, где а – размер широкой стенки регулярного отрезка волновода в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны (ширина рупора), при этом длина w отрезка нерегулярного волновода рупора и длина u отрезка регулярного волновода рупора могут быть связаны соотношением 1.8u≤w≤1.9u, при этом 0.5a≤w≤0.6a.In one embodiment of the invention, the length s of the horn and its height b can be determined from the relations: 0.7a≤s≤0.9a, 0.1a≤b≤0.2a, where a is the size of the wide wall of a regular segment of the waveguide in the direction perpendicular to the direction wave propagation (horn width), while the length w of the segment of the irregular horn waveguide and the length u of the segment of the regular horn waveguide can be related by the ratio 1.8u≤w≤1.9u, with 0.5a≤w≤0.6a.
Диаметр d внутреннего проводника 2 коаксиальной линии и диаметр D внешнего проводника 3 коаксиальной линии могут быть связаны соотношением 2.2d≤D≤2.3d.The diameter d of the inner conductor 2 of the coaxial line and the diameter D of the outer conductor 3 of the coaxial line can be connected by the ratio 2.2d≤D≤2.3d.
Стержень 5 может быть выполнен длиной l, определяемой из соотношения 0.7a≤l≤0.8a. Держатель 6 может быть состыкован с одной из широких стенок прямоугольного волновода на расстоянии l1 от свободного конца стержня, определяемом из соотношения 0.08а≤l1≤0,1а, при этом расстояние g от оси держателя 6 до отрезка коаксиальной линии 1 определяется из соотношения 0.6а≤g≤0,7а.The rod 5 can be made of length l, determined from the ratio 0.7a≤l≤0.8a. The holder 6 can be docked with one of the wide walls of a rectangular waveguide at a distance l 1 from the free end of the rod, determined from the relation 0.08a≤l 1 ≤0.1a, while the distance g from the axis of the holder 6 to the segment of coaxial line 1 is determined from the relation 0.6a≤g≤0.7a.
В одном из вариантов реализации изобретения короткозамкнутая торцевая стенка прямоугольного волновода выполнена в форме квадрата с длиной стороны h, определяющей ширину данной стенки, которая задана соотношением: 0.1a≤h≤0.2a, при этом регулярный отрезок коаксиальной линии может быть выполнен длиной, равной h.In one embodiment of the invention, the short-circuited end wall of a rectangular waveguide is made in the form of a square with the side length h defining the width of this wall, which is defined by the ratio: 0.1a≤h≤0.2a, while a regular segment of the coaxial line can be made with a length equal to h .
При выполнении стержня и держателя цилиндрической формы, диаметр d1 стержня 5 и диаметр d2 держателя 6 могут быть определены из соотношений: 0.03a≤d1≤0.04a, 0.02a≤d2≤0.03a. When performing the rod and the holder of a cylindrical shape, the diameter d 1 of the rod 5 and the diameter d 2 of the holder 6 can be determined from the relations: 0.03a≤d 1 ≤0.04a, 0.02a≤d 2 ≤0.03a.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Основная ТЕМ-волна коаксиальной линии 1 возбуждает в рупоре 4 на прямоугольном волноводе с центральным металлическим стержнем 5 аналогичную волну ТЕМ-типа, которая, достигая конца стержня 5 трансформируется в основную волну Н10 прямоугольного волновода на выходе устройства. Держатель 6 и свободный конец стержня 5 выполняют роль трансформатора типов волн. Размеры нерегулярного отрезка 7 рупора 4 и центрального стержня 5 выбираются таким образом, чтобы обеспечить минимальный уровень отраженной мощности от стыка двух линий передачи: коаксиальной линии 1 и рупора 4. Выбранные размеры регулярного отрезка 8 рупора 4 и держателя 6 обеспечивают наилучшее согласование рупора 4 с металлическим стержнем 5 и прямоугольного волновода, являющегося выходным портом устройства. Использование в качестве элемента связи металлического стержня 5 обеспечивает механическую прочность КВП при внешних воздействиях. The proposed device operates as follows. The main TEM wave of the coaxial line 1 excites in the horn 4 on a rectangular waveguide with a central metal rod 5 a similar TEM type wave, which, reaching the end of the rod 5, is transformed into the main wave H 10 of the rectangular waveguide at the output of the device. The holder 6 and the free end of the rod 5 act as a transformer of wave types. The sizes of the irregular section 7 of the speaker 4 and the central rod 5 are selected in such a way as to ensure the minimum level of reflected power from the junction of two transmission lines: coaxial line 1 and speaker 4. The selected sizes of the
Для подтверждения достижения технического результата, была построена трехмерная математическая модель заявляемого КВП, базирующаяся на однородном дифференциальном уравнении Гельмгольца с граничными условиями Неймана и Дирихле для тангенциальной и нормальной компонент поля на металле. Численная дискретизация модели осуществлялась с помощью метода конечных элементов с привлечением векторных тетраэдрических элементов Уитни, а для решения итогового матричного уравнения, полученного в ходе генерации сетки конечных элементов был использован GMRES-алгоритм и пакет программ COMSOL. To confirm the achievement of the technical result, a three-dimensional mathematical model of the claimed CWP was constructed, based on the uniform Helmholtz differential equation with the Neumann and Dirichlet boundary conditions for the tangential and normal field components on the metal. The numerical discretization of the model was carried out using the finite element method using Whitney vector tetrahedral elements, and the GMRES algorithm and the COMSOL software package were used to solve the final matrix equation obtained during the generation of the finite element mesh.
Рассчитанные оптимальные параметры элементов заявляемого устройства определялись следующими соотношениями: s/a = 0.81967, где s = w + u, b/a = h/a = t/a = 0.16666, D/d = 2.2913, w/u = 1.87356, l/a = 0.7377, g/a = 0.6475, w/a = 0.5344, d1/a = 0.03934, d2/a = 0.02623. На центральной частоте рабочего диапазона КВП нормированная длина волны составляла λ/а = 1.40515.The calculated optimal parameters of the elements of the claimed device were determined by the following relationships: s / a = 0.81967, where s = w + u, b / a = h / a = t / a = 0.16666, D / d = 2.2913, w / u = 1.87356, l / a = 0.7377, g / a = 0.6475, w / a = 0.5344, d 1 / a = 0.03934, d 2 / a = 0.02623. At the central frequency of the working range of the CVP, the normalized wavelength was λ / a = 1.40515.
В результате моделирования было показано, что конструкция КВП, характеризующаяся размерами: a = 61 мм, b = t = h = 10 мм, D = 4.72 мм, d = 2.06 мм, d1 = 2.4 мм, d2 = 1.6 мм, l = 45 мм, g = 39.5 мм, w = 32.6 мм и u = 17.4 мм (Фиг.2-4), обеспечивает согласование с КВСН < 1.2 в диапазоне частот 3.1...3.9 ГГц и характеризуется мощностью более 200 Вт.As a result of the simulation, it was shown that the design of the CVP, characterized by the dimensions: a = 61 mm, b = t = h = 10 mm, D = 4.72 mm, d = 2.06 mm, d 1 = 2.4 mm, d 2 = 1.6 mm, l = 45 mm, g = 39.5 mm, w = 32.6 mm and u = 17.4 mm (Figs. 2-4), provides coordination with the VSWR <1.2 in the frequency range 3.1 ... 3.9 GHz and is characterized by a power of more than 200 W.
Таким образом, заявляемое техническое решение обладает простой конструкцией, обеспечивает передачу СВЧ энергии высокого уровня мощности и характеризуется улучшенным по сравнению с прототипом согласованием в широкой полосе частот.Thus, the claimed technical solution has a simple design, provides the transfer of microwave energy of a high power level and is characterized by improved matching in comparison with the prototype in a wide frequency band.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109414A RU2678924C1 (en) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Coaxial coaxial-to-waveguide transducer of high-level power |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109414A RU2678924C1 (en) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Coaxial coaxial-to-waveguide transducer of high-level power |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2678924C1 true RU2678924C1 (en) | 2019-02-04 |
Family
ID=65273805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018109414A RU2678924C1 (en) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Coaxial coaxial-to-waveguide transducer of high-level power |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2678924C1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4139828A (en) * | 1976-07-20 | 1979-02-13 | Thomson-Csf | Transition device between a coaxial line and a wave-guide |
| SU1103313A1 (en) * | 1982-10-20 | 1984-07-15 | Рязанский Радиотехнический Институт | Aligned coaxial-waveguide junction |
| RU2011245C1 (en) * | 1989-06-14 | 1994-04-15 | Рязанское конструкторское бюро "Глобус" | Align coaxial-waveguide connector adapter |
| GB2338607A (en) * | 1998-01-17 | 1999-12-22 | Alan Frederick Corlett | Co-axial to waveguide end launch transition |
| RU2325017C2 (en) * | 2006-04-24 | 2008-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Narrowband angled waveguide-to-radio adapter |
| RU114558U1 (en) * | 2011-09-09 | 2012-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр имени Николы Тесла" | COAXIAL-WAVEGUIDE TRANSITION |
| RU2464676C1 (en) * | 2011-08-17 | 2012-10-20 | Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт "Специализированные вычислительные устройства защиты и автоматика" | Miniature coaxial-waveguide transition |
| RU2517678C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-05-27 | Открытое акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Coaxial-waveguide transition |
-
2018
- 2018-03-16 RU RU2018109414A patent/RU2678924C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4139828A (en) * | 1976-07-20 | 1979-02-13 | Thomson-Csf | Transition device between a coaxial line and a wave-guide |
| SU1103313A1 (en) * | 1982-10-20 | 1984-07-15 | Рязанский Радиотехнический Институт | Aligned coaxial-waveguide junction |
| RU2011245C1 (en) * | 1989-06-14 | 1994-04-15 | Рязанское конструкторское бюро "Глобус" | Align coaxial-waveguide connector adapter |
| GB2338607A (en) * | 1998-01-17 | 1999-12-22 | Alan Frederick Corlett | Co-axial to waveguide end launch transition |
| RU2325017C2 (en) * | 2006-04-24 | 2008-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Narrowband angled waveguide-to-radio adapter |
| RU2464676C1 (en) * | 2011-08-17 | 2012-10-20 | Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт "Специализированные вычислительные устройства защиты и автоматика" | Miniature coaxial-waveguide transition |
| RU114558U1 (en) * | 2011-09-09 | 2012-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр имени Николы Тесла" | COAXIAL-WAVEGUIDE TRANSITION |
| RU2517678C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-05-27 | Открытое акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Coaxial-waveguide transition |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bulashenko et al. | Technique of mathematical synthesis of waveguide iris polarizers | |
| Zaman et al. | Design of transition from coaxial line to ridge gap waveguide | |
| RU2678924C1 (en) | Coaxial coaxial-to-waveguide transducer of high-level power | |
| Young et al. | Analysis of a rectangular waveguide, edge slot array with finite wall thickness | |
| JP2010206319A (en) | Communication unit and coupler | |
| Devarapalli et al. | A Fan-Beam Radiator Using Waveguide's Narrow Wall for Horizontal Polarization and High Power | |
| Kiang | Radiation properties of circumferential slots on a coaxial cable | |
| Strycharz et al. | 3D printed circular and rectangular waveguide mode converters | |
| Abbas-Azimi et al. | Design of a new broadband EMC double ridged guide horn antenna | |
| KR20150000346A (en) | Waveguide impedance matching structure and waveguide antenna using thereof | |
| Komarov et al. | Broad-band coaxial-to-waveguide transition | |
| Chatterjee et al. | Analysis of asymmetric iris excited centered slot antenna on the broadwall of rectangular waveguide | |
| Noda et al. | Circular planar coupler for UWB 2-D communication | |
| JP2017152781A (en) | Non-reciprocal metamaterial transmission line device and antenna device | |
| Kumar et al. | Four-Element Triangular Wideband Dielectric Resonator Antenna excited by a Coaxial Probe | |
| Berdnik et al. | E-plane T-junction of rectangular waveguides with vibrator-slot coupling between arms | |
| RU2237954C1 (en) | Broadband horn-type waveguide radiator | |
| Li et al. | High Power Over-Mode Bent Waveguides for Circular TM01 and Coaxial TEM Mode Transmission | |
| Wang et al. | Design and implementation of X-band waveguide slot antenna | |
| Tayyar et al. | A Wiener-Hopf analysis of the coaxial waveguide radiator | |
| Alwakil et al. | Left-handed behavior of coplanar waveguide open-circuited shunt stub | |
| Pu et al. | An improved terahertz transmission line with Gaussian mode filtering and beam shaping for DNP-NMR | |
| Li et al. | Design of the output system for a gyro-multiplier | |
| JP5157780B2 (en) | Coupler | |
| Martynyuk | Investigation and optimization of a waveguide slot antenna array by finite-difference time-domain method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200317 |