КОАКСИАЛЬНАЯ НАГРУЗКА

КОАКСИАЛЬНАЯ НАГРУЗКА
Полезная модель относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использована при разработке коаксиальных согласованных нагрузок, применяемых в качестве самостоятельного функционального узла контрольноизмерительного и испытательного оборудования, а так же в составе более сложных радиотехнических устройств.
Известна согласованная коаксиальная нагрузка на основе объёмного поглотителя см. Костюченко К. К., Новикова Л.М., Хворостов В. А. Коаксиальные меры КСВ и полного сопротивления с расчётными параметрами // Измерительная техника, 1981, № 5 , с. 49-51. Она представляет собой отрезок коаксиальной линии, в которой перемещается с помощью узла настройки объёмный поглотитель. Общая длина поглотителя и длина его согласующего скоса задаются с учётом рабочего диапазона частот.
Недостатком известной согласованной нагрузки является ограниченность рабочего диапазона со стороны низких частот (fmm  4 ГГц) и её большие линейные размеры. В нижней части рабочего диапазона частот ( ГГц) не обеспечивается удовлетворительное качество согласования.
Также известна согласованная резистивная коаксиальная нагрузка см. Николаев К.Б. Согласованная нагрузка на коаксиал 7/3.04 мм (Краткое сообщение) // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Радиоизмерительная техника, 1975, вып. 3, с. 33-35. Она содержит внутренний проводник в виде цилиндрического СВЧ-резистора и внешний проводник в виде согласующей втулки, внутренний диаметр которой монотонно уменьшается в направлении распросфанения электромагнитной волны. Регулировка нагрузки осуществляется путём продольного перемещения резистора с согласующей втулкой в корпусе нагрузки. Недостатком известной нагрузки является
МПК HOIP 1/26
незначительная мощность рассеяния и ограниченность рабочего диапазона частот со стороны верхних частот (диапазон 0.02-17.2 ГГц; величина КСВтах 1-14).
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой коаксиальной согласованной нагрузке является выбранная в качестве стереотипа комбинированная нагрузка см. Кац Б. М., Мещанов В. П., Попова Н. Ф. Нагрузочные устройства СВЧ для линий передачи с Т- и квази-Т-волнами: Обзоры по электронной технике. Сер. 1. М.: ЦНИИ «Электроника, 1985. Вып. 2 (1165). - 35 с., представляющая собой каскадное соединение двух отрезков неоднородных линий передачи (НЛП) с потерями. Её основными элементами являются объёмный поглотитель с согласующим скосом со стороны входа нагрузки, внутренний проводник постоянного диаметра, СВЧ- резистор, расположенный в согласующей втулке, внутренний диаметр которой монотонно уменьшается в направлении распространения электромагнитной волны.
Недостатком известной нагрузки является неудовлетворительное согласование в диапазоне низких частот. Это связано с тем, что в конструкции нагрузки выбранные геометрические размеры внещнего и внутреннего проводников не позволяют обеспечить высокого качества согласования нагрузки с ЛП.
Задачей технического решения является улучшение согласования нагрузки с ЛП.
Указанная задача решается тем, что в коаксиальной нагрузке, содержащей отрезок коаксиальной линии, внутри которого помещён поглотитель, состоящий из участка с согласующим скосом, внещний диаметр которого плавно увеличивается по линейному закону от величины равной диаметру внутреннего проводника до величины равной внутреннему диаметру внещнего проводника отрезка коаксиальной линии и участка с постоянным диаметром, СВЧ резистор, соединённый одним своим концом с внутренним проводником отрезка коаксиальной линии передачи, а другим с заземлённой согласующей втулкой, внутренний диаметр которой на длине резистора монотонно уменьшается в направлении распространения электромагнитной волны.
диаметр внутреннего проводника отрезка коаксиальной линии на длине согласующего скоса поглотителя уменьшается в направлении распространения электромагнитной волны по линейному закону, а на участке с постоянным диаметром он неизменен, при этом, диаметр внутреннего проводника отрезка коаксиальной линии передачи на длине поглотителя выбран из условия обеспечения равенства модуля волнового сопротивления в каждом поперечном сечении поглотителя волновому сопротивлению отрезка коаксиальной линии передачи в зоне отсутствия поглотителя.
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемая нагрузка отличается формой её внутреннего проводника, имеющего переменный диаметр, уменьшающийся в направлении распространения электромагнитной волны.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 показана коаксиальная нагрузка, включающая в себя элементы: 1 - отрезок подводящей ЛП без потерь; 2 внутренний проводник; 3 - объёмный поглотитель длиной L (1 длина его скоса); 4 СВЧ-резистор; 5 - согласующая втулка. На фиг. 1 обозначено Z - продольная координата.
На фиг. 2 представлены результаты численного расчёта частотных характеристик прототипа (сплошная линия) и заявляемой нагрузки (штрихованная линия) в диапазоне частот 0-5.0 ГГц рабочей полосы 0-18.0 ГГц. Видно, что КСВ предлагаемой нагрузки в диапазоне низких частот существенно меньше КСВ прототипа. На частотах превышающих 5 ГГц КСВ прототипа и предлагаемой нагрузки не более 1.06. При проведении численных расчётов предполагалось, что в качестве поглощающего материала использован ферроэпоксид рецепта Х94 см. 0.045.093. Инструкция приготовления ферроэпоксида. - Сар., 1986. - 6с., имеющий комплексную диэлектрическую проницаемостье  11.48-j 0.28 и комплексную магнитную проницаемость ц  1.79-J 0.75. Измерения параметров ферроэпоксида проведены на частоте 1ГГц с помощью образцовой установки для измерения параметров диэлектриков и ферритов типа ИПДФ - ЗМ в Сибирском НИИ метрологии. Для измерения был использован
резонансный метод см. Яцынина Н. Л., Бабенко Н. С., Талько-Гринцевич П. П. Методика и аппаратура для испытания малых образцов магнитомягких материалов на постоянном токе. Труды института Комитета стандартов, Стандартгиз, вып. 64 (124), 1962. Геометрические размеры поглотителя и внутренних проводников указаны на фиг. 2. Для обеспечения высокого качества согласования внешний диаметр поглотителя и внутренний диаметр проводника, совпадающий с внутренним диаметром поглотителя, в предлагаемой нагрузке задаются изменяющимися по линейным законам. Для указанных законов в каждом поперечном сечении НЛП с потерями обеспечивается приблизительное выполнение равенства модуля волнового сопротивления |р| НЛП волновому сопротивлению ро подводящей коаксиальной линии. На фиг. 3 показаны законы d(z) изменения диаметра внутреннего проводника при точном выполнении равенства |p(z)|  ро (кривая 1). Видно, что функция d(z) с достаточной точностью может быть аппроксимирована кусочно-линейной функцией (кривая 2). В силу того, что при кусочно-линейном законе изменения диаметра внутреннего проводника приблизительно выполняется равенство jp  ро, коаксиальная нагрузка оказывается хорощо согласованной не только на высоких, но и на низких частотах. В то же время кусочно-линейный закон изменения геометрии технологически реализуется достаточно просто.
Нагрузка работает следующим образом:
Электромагнитная волна, поступающая на вход нагрузки со стороны присоединительного разъёма, распространяется в одиночной коаксиальной ЛП без потерь 1. В зоне расположения первого по ходу распространения электромагнитной волны объёмного поглотителя 3 формируются прощедщая и отражённая волны. Прощедшая электромагнитная волна частично затухает в ЛП с магнитодиэлектрическим заполнением. Величина затухания определяется электрофизическими параметрами материала поглотителя 3. С увеличением вносимых потерь увеличивается и затухание электромагнитной волны, что в свою очередь приводит к расширению рабочего   5Р 4
пазона в сторону низких частот. Затем прошедшая электромагнитная волна затухает в СВЧ-резисторе 4, расположенном в согласующей втулке 5. Суммарная амплитуда электромагнитной волны, отражённой от нагрузки, определяется интерференцией всех отражённых волн. За счёт задания геометрических размеров внутреннего или внешнего проводников нагрузки на длине её поглотителя в каждом поперечном сечении из условия обеспечения равенства |р|  ро удаётся добиться высокого качества согласования в сверхшироком диапазоне частот. При этом отражённые волны интерферируют так, что суммарная амплитуда отражённой волны в плоскости соединения ЛП с объёмным и поверхностным поглощением оказывается близкой к нулю.
Испытания заявляемой нагрузки с разъёмом сечением 7/3.04 мм (диапазон частот 0-18.0ГГц, СВЧ-резистор типа С6-3) показали, что по сравнению с прототипом и известными аналогами заявляемая нагрузка обеспечивает улучшение качества согласования (см. фиг. 2).