ВОЛНОВОДНО-КОАКСИАЛЬНЫЙ ПЕРЕХОД

Полезная модель относится к области антенной техники и может быть использована в СВЧ (сверхвысокочастотных) устройствах в качестве согласованного перехода между круглым волноводом и коаксиальной линией.
10
Известно волноводно-коаксиальное преобразовательное устройство (патент CN 105789805, МПК H01P5/103, опубл. 20.07.2016 г.), содержащее прямоугольный волновод с торцевой стенкой, коаксиальный разъем, составной компонент, зонд, подключенный между коаксиальным разъемом и составным компонентом. Недостаток известного устройства заключается в том, что наличие одного зонда не позволяет осуществлять прием и передачу сигналов в одном тракте, без подключения дополнительного волноводно-коаксиального преобразователя. Кроме того в прямоугольном волноводе с волной H электрический пробой наступает быстрее, чем пробой в круглом волноводе при любом типе волны, тем самым исключая возможность работы при больших мощностях. Также прямоугольные волноводы оказываются менее технологичными в производстве по сравнению с круглыми волноводами. При использовании круглого волновода уменьшается коэффициент отражения от стыков при согласовании антенно-фидерного тракта.
Известен ортомодовый преобразователь между круглым волноводом и коаксиальным кабелем (патент US5212461, МПК H01P1/16, H01P5/12, опубл. 18.05.1993 г.), принятый за прототип, содержащий круглый волновод, два зонда, расположенных в двух ортогональных плоскостях, пластину (короткозамкнутый шлейф), круглый диск закрывающий конец волновода (торцевая стенка), винты точной подстройки, расположенные в стенке волновода в диаметрально противоположном зондам положении, диэлектрические шайбы, расположенные в стенке волновода, соединители (коаксиальные разъемы). Первый зонд (ближний к открытому концу волновода) настраивается при помощи винта точной подстройки и пластины, лежащей с ним в одной осевой плоскости, второй зонд – при помощи винта точной подстройки и круглого диска, который закрывает волновод. Недостатком прототипа является необходимость настройки с помощью винта точной подстройки, установка которого требует соблюдения соосности с соответствующим зондом.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в исключении дополнительных деталей подстройки, уменьшении общего количества деталей, расширении полосы пропускания.
Технический результат в волноводно-коаксиальном переходе (далее ВКП), содержащем круглый волновод, выполненный в виде корпуса с торцевой стенкой, внутри которого выполнены первый и второй штыревые зонды, расположенные в ортогональных плоскостях, короткозамкнутый шлейф, параллельный оси первого штыревого зонда и коаксиальные разъемы, достигается за счет того, что ВКП содержит канавку, выполненную в круглом волноводе, короткозамкнутый шлейф расположен на расстоянии кратном 0,25λ, от первого штыревого зонда, где λ – средняя длина волны. При этом канавка расположена на расстоянии равном (0,4-0,5)λ от раскрыва круглого волновода, ширина канавки выбирается из диапазона (0,17-0,2)λ. Второй штыревой зонд расположен от торцевой стенки круглого волновода на расстоянии около 0,25λ. Расстояние между штыревыми зондами равно около 0,5λ.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 приведен вид спереди ВКП, на фиг. 2 приведен разрез вида слева.
ВКП состоит из круглого волновода, выполненного в виде корпуса 1, закороченного торцевой стенкой 2, содержащего вход-выход 3, который принимает или передает СВЧ-сигнал, двух штыревых зондов 4,5, расположенных в ортогональных плоскостях относительно друг друга, соединенных с коаксиальными разъемами 6,7 соответственно, короткозамкнутых шлейфов 8 и канавки 9 (см. фиг. 1, 2).
ВКП работает следующим образом.
При подаче на антенну СВЧ-сигнала, сигнал попадает на вход-выход 3 круглого волновода. СВЧ-сигнал, совпадающий по поляризации со штыревым зондом 4, возбуждает коаксиальный разъем 6. При этом СВЧ-сигнал не проходит на коаксиальный разъем 7, отражаясь от короткозамкнутых шлейфов 8, выполненных в виде стержней.
При подаче на антенну СВЧ-сигнала, сигнал попадает на вход-выход 3 круглого волновода. СВЧ-сигнал, совпадающий по поляризации со штыревым зондом 5 (в ортогональной поляризации относительно штыревого зонда 4), проходит на штыревой зонд 5 с минимальными потерями и возбуждает коаксиальный разъем 7, при этом на коаксиальный разъем 6 сигнал поступает с ослаблением 35-40 дБ.
При подаче СВЧ-сигнала определенной мощности от блока приемопередатчика на коаксиальный разъем 6, СВЧ-сигнал проходит на штыревой зонд 4, отражаясь от короткозамкнутых шлейфов 8, при этом СВЧ-сигнал не проходит на штыревой зонд 5, а выходит через вход-выход 3 круглого волновода с минимальными потерями на антенну. При подаче СВЧ-сигнала определенной мощности от блока приемопередатчика на коаксиальный разъем 7, СВЧ-сигнал поступает на штыревой зонд 5, отражаясь от торцевой стенки 2 круглого волновода, выполняющей роль короткозамыкающих шлейфов, выходит через вход-выход 3 круглого волновода на антенну, при этом СВЧ-сигнал не проходит (не попадает) на штыревой зонд 4.
н
н
В
В круглом волноводе выполнена канавка 9 на расстоянии равном (0,4-0,5) λ от раскрыва (открытого конца) круглого волновода, где λ – средняя длина волны, что позволяет расширить полосу пропускания. Ширина канавки 9 выбирается из диапазона (0,17-0,2) λ, такое выполнение позволяет увеличить развязку между приемным и передающим трактом и немного увеличить полосу пропускания. Диаметр канавки 9 и диаметр круглого волновода, выбранные определенным образом, позволяют уменьшить длину последнего, а именно диаметр канавки 9 выбирается из диапазона (0,9-1)λ, где λ – длина волны, соответствующая нижней рабочей частоте, при этом диаметр круглого волновода выбирается около 0,9λв, где λ – это длина волны, соответствующая верхней рабочей частоте.
Расстояние от канавки до раскрыва круглого волновода, ширина и диаметр канавки 9 найдены опытным путем, допустимы небольшие отклонения, связанные с погрешностью изготовления и установки. Канавка 9 в ВКП играет роль ступенчатого перехода с нечетным числом ступенек. В целом наличие канавки 9 в круглом волноводе, выполненной с вышеуказанными размерами, позволяет расширить полосу пропускания, увеличить развязку между приемным и передающим трактом, уменьшить длину круглого волновода.
Наличие двух штыревых зондов 4,5, расположенных ортогонально друг другу позволяет совместить прием и передачу СВЧ сигнала в одном тракте с помощью волн с ортогональной поляризацией поля. При этом зонды могут быть выполнены из двух цилиндрических секций разного диаметра или из одной цилиндрической секции одного диаметра. Зонды 4, 5 используются для возбуждения волны в круглом волноводе или вывода из него СВЧ-сигнала.
Для обеспечения оптимального режима работы штыревой зонд 5 должен быть расположен от торцевой стенки 2 круглого волновода на расстоянии около четверти средней длины волны, выполняющей для него роль короткозамыкателя, а расстояние между штыревыми зондами 4,5 составляет около половины средней длины волны. Указанные расстояния известны из уровня техники.
Количество и диаметр короткозамкнутых шлейфов 8 зависит от длины волны сигнала, проходящего по волноводу и выбирается таким образом, чтобы СВЧ-сигнал, совпадающий по поляризации с первым штыревым зондом 4 отражался от них и не проходил к штыревому зонду 5.
В качестве примера на фиг. 1, 2 представлен ВКП, в котором используются два короткозамкнутых шлейфа 8, первый из которых расположен от штыревого зонда 4 на расстоянии кратном четверти средней длины волны. Для волновода, работающего в диапазоне 4-8 ГГц расстояние между короткозамкнутыми шлейфами 8 может быть выбрано из диапазона (0,0625-0,125)λ (найдено опытным путем).