ВОЛНОВОДНЫЙ ДВОЙНОЙ ТРОЙНИК

Предлагаемая полезная модель относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике.
Известен двойной тройник [SU №1401525 А1 4 Н01Р 5/20, заявл. 1986 г. и опубл. 1988 г.], содержащий двойное Т-образное разветвление четырех отрезков прямоугольного волновода, образующих два выходных соосных плеча, Е-плечо, Н-плечо и согласующий элемент, выполненный в виде конуса, размещенного основанием на общей широкой стенке выходных соосных плеч в области разветвления, и пластины, установленной на конусе по его образующей и на узкой стенке Е-плеча, с целью расширения полосы рабочих частот, основание конуса имеет форму эллипса, большая ось которого расположена перпендикулярно оси Е-плеча, а размер малой оси не превышает размера общей широкой стенки выходных соосных плеч.
Известен двойной волноводный тройник [RU №2360335 C1 Н01Р 5/20, заявл. 2008 и опубл. 2009 г.], содержащий два боковых плеча, образованных прямоугольным волноводом, примыкающие к нему по широкой стенке Е-плечо, а по узкой стенке Н-плечо с установленными в нем симметричными диафрагмами и одиночную диафрагму, установленную в плоскости симметрии двойного волноводного тройника в прямоугольном волноводе, образующем два боковых плеча, симметричные диафрагмы, установленные в Н-плече, отодвинуты от плоскости его стыка с прямоугольным волноводом, кроме того, одиночная диафрагма, установленная в плоскости симметрии двойного волноводного тройника, имеет зазор с узкой стенкой прямоугольного волновода и выступает в Е-плечо, в котором на расстоянии Δ≥0,03λ, где λ - длина волны в свободном пространстве от торца одиночной диафрагмы, обращенного в Е-плечо, установлено N рядов симметричных диафрагм, где N - целое число.
Известен волноводный двойной тройник [SU №1467624 А1 4 Н01Р 5/20, заявл. 1987 г. и опубл. 1989 г.], содержащий согласующий элемент в виде усеченной пирамиды с металлическим штырем, размещенный в месте пересечения плеч, четвертьволновые трансформаторы, установленные в Е-плече и Н-плече, индуктивную диафрагму, размещенную в Е-плече, дополнительно, с целью расширения полосы рабочих частот, введена металлическая пластина, имеющая Т-образную форму и толщину, равную (0,085-0,09)а, где а - размер широкой стенки плеч, и расположенная на узких стенках Е-плеча и двух боковых плеч, причем вертикальная часть металлической пластины размещена в Е-плече и имеет длину λ/8, а ее горизонтальная часть размещена в боковых плечах и имеет длину λ, где λ - длина волны в плечах.
Основными недостатками этих технических решений является сложность конструкции.
1
1
1
1
2
2
3
4
3
4
3
4
3
4
Наиболее близким по своей сущности является волноводный двойной тройник [RU №198720 U1 Н01Р 5/20, заявл. 2020, опубл. 2020], содержащий волноводные Н- и Е-плечи, волноводные боковые плечи и согласующий элемент в виде металлического штыря, размещенный в области пересечения плеч, в тройник введен дополнительный согласующий элемент в области пересечения плеч, выполненный в пластине из фольгированного с двух сторон СВЧ-диэлектрика с ε>1, состоящий из четырех попарно параллельных отражателей, образованных рядами близкорасположенных сквозных металлизированных отверстий, имеющих электрический контакт со слоями фольги, и трех сквозных прямоугольных окон, выполненных друг над другом, причем два отражателя и широкие стенки прямоугольных окон расположены симметрично оси Н-плеча, два других отражателя им перпендикулярны, а окна не пересекают отражатели, при этом волноводное Е-плечо плотно примыкает к одному из слоев фольги, в котором выполнено первое прямоугольное окно, имеющее одинаковые с ним размеры а=а, b=b, где а - размер широкой стенки волноводного Е-плеча, b - размер узкой стенки волноводного Е-плеча, а - длина первого окна, b - ширина первого окна, второе прямоугольное окно выполнено в слое СВЧ-диэлектрика и имеет длину, равную а≤а, и ширину b≤b, третье прямоугольное окно выполнено в слое фольги, плотно прилегающем к широкой стенке волновода в области пересечения волноводных боковых плеч и волноводного Н-плеча, в которой выполнено четвертое прямоугольное сквозное окно, совмещенное с прямоугольным окном в слое фольги, при этом а=а≤а, где а - длина третьего окна, а - длина четвертого окна, b=b≤b, где b - ширина третьего окна, b - ширина четвертого окна.
Основным недостатком этого технического решения являются плохие характеристики согласования в широком диапазоне частот.
2
2
3
4
3
4
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что волноводный двойной тройник содержит волноводные Н- и Е-плечи, волноводные боковые плечи и размещенные в области пересечения плеч согласующие элементы, один из которых, выполнен в виде металлического штыря, другой выполнен в пластине из фольгированного с двух сторон СВЧ-диэлектрика с ε>1 и состоит из четырех попарно параллельных отражателей, образованных рядами близкорасположенных сквозных металлизированных отверстий, имеющих электрический контакт со слоями фольги, и трех сквозных прямоугольных окон, выполненных друг над другом, причем два отражателя и широкие стенки прямоугольных окон расположены симметрично оси Н-плеча, два других отражателя им перпендикулярны, а окна не пересекают отражателей. При этом волноводное Е-плечо плотно примыкает к одному из слоев фольги, в котором выполнено первое прямоугольное окно. Второе прямоугольное окно выполнено в слое СВЧ-диэлектрика и имеет длину равную а≤а и ширину b≤b, где а - размер широкой стенки волноводного Е-плеча, b - размер узкой стенки волноводного Е-плеча. Третье прямоугольное окно выполнено в слое фольги, плотно прилегающем к широкой стенке волновода в области пересечения волноводных боковых плеч и волноводного Н-плеча, в которой выполнено четвертое прямоугольное сквозное окно, совмещенное с прямоугольным окном в слое фольги, при этом b=b, где b - ширина третьего окна, b - ширина четвертого окна.
5
1
3
4
2
1
3
4
2
1
3
4
1
Новыми признаками предлагаемого волноводного двойного тройника является то, что волноводное Н-плечо заполнено диэлектриком с ε>1, волноводное Н-плечо и волноводные боковые плечи имеют размер узкой стенки b<b, а в области пересечения плеч располагается согласующая диэлектрическая прямоугольная призма с ε>1. При этом прямоугольные окна имеют следующие размеры a≤a, а=а≤а, b≤b≤b, b=b>b, где a - длина первого окна, а - длина третьего окна, а - длина четвертого окна, b - ширина первого окна.
Технический результат предлагаемого решения заключается в улучшении характеристик согласования в широком диапазоне частот.
На фиг. 1 приведен пример выполнения волноводного двойного тройника.
На фиг. 2 приведен вид сверху на волноводный двойной тройник.
На фиг. 3 приведен разрез волноводного двойного тройника.
На фиг. 4 приведен график зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) волноводных плеч от частоты (Δf).
На фиг. 5 приведен график зависимости деления между входными волноводными Н- и Е- плечами и боковыми волноводными плечами от частоты (Δf).
На фиг. 6 приведен график зависимости развязки между входными волноводными Н- и Е- плечами и между боковыми волноводными плечами от частоты (Δf).
Волноводный двойной тройник состоит из волноводного Е-плеча 1, волноводного Н-плеча 2, заполненного диэлектриком, волноводных боковых плеч 3, 4, металлического штыря 5 и согласующей диэлектрической прямоугольной призмы 6, размещенных в области пересечения волноводных Е- и Н-плеч 1, 2 и волноводных боковых плеч 3, 4, и пластины фольгированного диэлектрика 7, в которой выполнены отражатели 8, 9, 10 и 11 и прямоугольные окна 12, 13, 14. Первое прямоугольное окно 12 выполнено в слое фольги 16 в области прилегания волноводного Е-плеча 1 к пластине фольгированного диэлектрика 7. Второе прямоугольное окно 13 выполнено в слое диэлектрика 17. Третье прямоугольное окно 14 выполнено в слое фольги 18, плотно прилегающем к широкой стенке волновода 19 в области пересечения волноводных боковых плеч 3 и 4 и волноводного Н-плеча 2, заполненного диэлектриком, в которой выполнено четвертое прямоугольное окно 15, совпадающее по размерам с третьим окном 14. При этом все окна не пересекают металлизированные отверстия, образующие отражатели 8, 9, 10 и 11.
Принцип работы предлагаемого волноводного двойного тройника заключается в следующем: СВЧ-сигнал, поступивший в волноводное Е-плечо 1, делится пополам между волноводными боковыми плечами 3, 4 и в волноводное Н-плечо 2 не поступает. Сигналы на выходах боковых плеч 3, 4 имеют противоположную фазу. Синфазное деление СВЧ-сигнала между волноводными боковыми плечами 3, 4 осуществляется при возбуждении волноводного Н-плеча 2, при этом развязанным оказывается Е-плечо 1. Развязка волноводного Е-плеча 1 и волноводного Н-плеча 2 достигается за счет симметрии устройства, а развязка волноводных боковых плеч 3 и 4 определяется уровнем согласования волноводного Н-плеча 2 и волноводного Е-плеча 1. Уровень согласования по Е-плечу определяется выбором определенных размеров прямоугольных окон 12, 13, 14, 15 и взаимным расположением рядов металлизированных отверстий, образующих отражатели 8, 9, 10, 11, а уровень согласования по Н-плечу положением металлического штыря 5 и размером согласующей диэлектрической прямоугольной призмы 6. Упрощение конструкции достигается путем введения диэлектрика в Н-плечо и добавления нового согласующего элемента (согласующей диэлектрической прямоугольной призмы 6).
Результаты практической реализации предложенного технического решения не вызывают сомнения. Изготовлены и прошли испытания экспериментальные образцы волноводных двойных тройников. Максимальные улучшения характеристик согласований были получены при использовании в комбинированных волноводных трактах на основе полых волноводов и волноводов, заполненных диэлектриком.