КОАКСИАЛЬНЫЙ ВОЛНОВОД С ВЧ ПЕРЕДАТЧИКОМ
COAXIAL WAVEGUIDE WITH MICROWAVE TRANSMITTER

Изобретение относится к коаксиальному волноводу с высокочастотным (ВЧ) передатчиком по пункту 1 формулы изобретения.
В уровне техники известны коаксиальные волноводы, которые связаны с ВЧ передатчиком, чтобы вводить ВЧ мощность в коаксиальный волновод и направлять ее далее.
Задачей изобретения является обеспечить возможность улучшенного ввода ВЧ передатчика в коаксиальный волновод.
Эта задача решается коаксиальным волноводом согласно пункту 1 формулы изобретения.
Другие предпочтительные формы выполнения изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Преимущество описываемого коаксиального волновода состоит в том, что гильзообразный проводник коаксиального волновода имеет щель и что ВЧ передатчик предусмотрен для ввода ВЧ мощности в щель.
В другой форме выполнения щель имеет две противоположно расположенные боковые кромки, и ВЧ передатчик подсоединен к боковым кромкам для ввода ВЧ мощности. Таким способом обеспечивается возможность безопасного и надежного ввода ВЧ мощности в коаксиальный волновод.
В другой форме выполнения ВЧ передатчик покрыт экранирующим корпусом. За счет этого обеспечивается надежное экранирование ВЧ передатчика.
В другой форме выполнения предусмотрено несколько ВЧ передатчиков, которые связаны с щелью для ввода ВЧ мощности. Таким способом возможно большую ВЧ мощность вводить в волновод распределенным образом по периметру волновода.
В другой форме выполнения щель продолжается по всему периметру волновода, причем щель расположена предпочтительно перпендикулярно продольному направлению волновода. Таким способом можно вводить ВЧ мощность распределенным образом по периметру гильзообразного проводника, например, через несколько ВЧ передатчиков. Тем самым достигается равномерный ввод с помощью нескольких ВЧ передатчиков.
В другой форме выполнения предусмотрено несколько щелей, распределенных по периметру гильзообразного проводника, причем для каждой щели предусмотрен по меньшей мере один ВЧ передатчик, который связан с соответствующей щелью, чтобы вводить ВЧ мощность в волновод. Кроме того, ВЧ передатчики либо по отдельности, либо совместно снабжены экраном, например, в форме защитного кожуха. Выполнение нескольких щелей обеспечивает возможность определенного и предпочтительного ввода ВЧ мощности распределенным образом по периметру волновода.
В другой форме выполнения волновод подключен к ВЧ резонатору и направляет введенную передатчиком ВЧ мощность в ВЧ резонатор.
Изобретение обеспечивает возможность комбинации функций генерации радиочастотной (РЧ) энергии и передачи РЧ энергии к потребителю, как, например, в ВЧ резонатор в общем устройстве, то есть РЧ источник и устройство РЧ транспортировки интегрированы в один прибор. Тем самым можно существенно снизить сложность и затраты на подобное устройство. Дополнительно предоставляется возможность существующие установки или ускорители с ВЧ резонаторами дополнительно оснащать предложенным устройством.
Изобретение далее описывается более подробно со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
Фиг.1 - схематичное представление волновода с устройством ввода,
Фиг.2 - поперечное сечение волновода,
Фиг.3 - продольное сечение устройства ввода,
Фиг.4 - схематичное представление волновода, который подключен к ВЧ резонатору,
Фиг.5 - другая форма выполнения волновода,
Фиг.6 - схематичное поперечное сечение перпендикулярно продольной оси волновода по фиг.5,
Фиг.7 - продольное сечение вдоль продольной оси коаксиального волновода через экранирующий корпус,
Фиг.8 - поперечное сечение устройства ввода, и
Фиг.9 - схематичное представление протекания паразитного тока в устройстве ввода.
На фиг.1 показан схематичный вид сбоку фрагмента коаксиального волновода 11. Вокруг внешнего периметра волновода 11 размещено устройство 13 ввода для ввода ВЧ мощности в волновод 11. Фиг.2 показывает схематичное представление поперечного сечения волновода 11 с устройством 13 ввода. Волновод 11 имеет центральный внутренний проводник 1, который окружен гильзообразным внешним проводником 2. Между центральным проводником 1 и гильзообразным проводником 2 может находиться заполнение 3 из изоляционного материала.
На фиг.3 показано продольное сечение части гильзообразного проводника 2 волновода 11 и устройство 13 ввода. Гильзообразный проводник 2 разделен на первый участок 21 и второй участок 23, которые отделены друг от друга щелью 4. Если не предусматривается заполнение 3, то щель 4 может быть закрыта уплотнением 27. Гильзообразный проводник 2 имеет внутреннюю сторону 19, которая обращена к внутреннему проводнику 1. Кроме того, гильзообразный проводник 2 имеет обращенную наружу внешнюю сторону 17. На внешней стороне 17 находится устройство 13 ввода для ВЧ мощности. Устройство 13 ввода содержит в показанном примере выполнения множество ВЧ передатчиков 6, которые имеют твердотельные транзисторы 29, которые находятся в непосредственном контакте с щелеобразным фланцем 25, который образован первым участком 21 и вторым участком 23 проводящей стенки. Твердотельные транзисторы 29 через подводящие проводники 31 соединены с не показанным здесь источником постоянного тока. При активировании твердотельные транзисторы 29 индуцируют в гильзообразном проводнике 2 ВЧ токи, которые распространяются вдоль волновода 11 между центральным проводником 1 и гильзообразным проводником 2. Желательным является распространение вдоль внутренней стороны гильзообразного проводника 2 и внешней стороны центрального проводника 1. Дополнительно твердотельные транзисторы 29 и место ввода у фланца 25 посредством проводящего, предпочтительно металлического защитного кожуха 35, например из меди, защищены от электромагнитного излучения извне. Защитный кожух 35 представляет собой изоляционную полость. Вокруг щели 4 распределенным образом могут быть размещены несколько ВЧ передатчиков 6 с несколькими твердотельными транзисторами 29, чтобы вводить ВЧ мощность в волновод 11.
Фиг.4 показывает в схематичном представлении волновод 11 с устройством 13 ввода и ВЧ резонатор 5, который подключен к волноводу 11. ВЧ резонатор 5 через волновод 11 снабжается ВЧ мощностью. Коаксиальный волновод 11 с помощью обычных средств, например соответствующего окна, связан с резонатором 5.
При активировании твердотельных транзисторов 29 ВЧ передатчиками генерируются электромагнитные переменные поля, которые распространяются вдоль гильзообразного волновода 11. Ввиду высокой частоты переменные токи возникают только в относительно тонких краевых слоях на внутренней стороне гильзообразного проводника 2 и на внешней стороне центрального проводника 1. Чтобы добиться того, чтобы максимально возможные индуцированные переменные токи распространялись вдоль внутренней стороны волновода 11, предусмотрено выполнять импеданс РЧ пути на внешней стороне 17 волновода 11 по возможности высоким. Это обеспечивается посредством специально выполненного экрана 35, а также щели 4, которая образует высокий импеданс при резонансной частоте волновода 11.
Чтобы воспрепятствовать распространению ВЧ токов вдоль внешней стороны 17 гильзообразного проводника 2, экранирующий корпус 35 электрически соединен с внешней стороной 17 гильзообразного проводника 2. Как показано на фиг.3, металлический экран 35 перекрывает щель 4 электрически и, таким образом, представляет короткое замыкание между обоими участками 21, 23 стенки. Так как индуцированные переменные токи распространяются только в краевых слоях гильзообразного проводника 2, в то время как внутренняя область металлического гильзообразного проводника 2 по существу свободна от токов и полей, образованное экраном 35 короткое замыкание оказывает влияние только на распространяющийся вдоль внешней стороны 17 переменный ток. Так распространяются индуцированные на внешней стороне 17 гильзообразного проводника 2 токи вдоль внутренней стороны экрана, в то время как внешняя сторона 17 гильзообразного проводника 2 вне экрана 35 практически обесточена и не находится под напряжением. Чтобы оптимизировать ввод ВЧ токов внутрь волновода 11, экран 35 выполнен резонансным. Для этого волноводные свойства устройства 13 ввода настроены таким образом, что для распространяющихся внутри экрана переменных токов в зоне щели 4 создается по возможности высокий импеданс.
Фиг.5 показывает вид сбоку другой формы выполнения горизонтального волновода 11. В этой форме выполнения вокруг внешнего периметра волновода 11 предусмотрено несколько отдельных устройств 13 ввода для ввода ВЧ мощности. Устройства 13 ввода соединены с управляющим устройством 500. Управляющее устройство 500 управляет устройствами ввода таким образом, чтобы в волноводе 11 создавалось электромагнитное поле, которое распространяется вдоль продольного направления волновода 11. Фиг.6 показывает схематичное представление поперечного сечения устройств 13 ввода и волновода 11.
Фиг.7 показывает продольное сечение устройства 13 ввода и фрагмент гильзообразного проводника 2. Устройство 13 ввода выполнено аналогично устройству 13 ввода по фиг.3. Особенностью этой формы выполнения является то, что предусмотрено несколько щелей 4, которые расположены распределенным образом вокруг периметра волновода 11. С каждой щелью 4 сопоставлено по меньшей мере одно устройство 13 ввода с по меньшей мере одним ВЧ передатчиком 6 с твердотельными транзисторами 29. Для каждого отдельного устройства 13 ввода предусмотрен экран 35. Щели 4 устройств 13 ввода предпочтительно размещены на круговой линии перпендикулярно продольной протяженности гильзообразного проводника 2. В зависимости от выбранной формы выполнения щели 4 могут иметь разную длину и/или разную ширину. Кроме того, щели 4 могут быть размещены и в другой ориентации, например со смещением в сторону от круговой линии, в частности перпендикулярно продольной протяженности волновода 11. К тому же щели 4 могут быть расположены продольной стороной параллельно продольной оси волновода 11, причем предпочтительно несколько щелей размещены параллельно друг другу. Предпочтительным образом щели размещены с одинаковым интервалом вокруг периметра гильзообразного проводника 2.
Фиг.8 показывает поперечное сечение по линии VI-VI на фиг.7. На фиг.8 три ВЧ передатчика 6 размещены у щели 4 в экранирующем корпусе 35.
Фиг.9 показывает в схематичном представлении принцип функционирования устройства 13 ввода с представлением паразитного тока I, который протекает по внешней стороне 17 гильзообразного проводника 2 и по внутренним сторонам экранирующего корпуса 35. За счет выбора геометрии и материала экранирующего корпуса 35 паразитный ток I может поддерживаться по возможности малым.
В предложенном устройстве ВЧ генерация и ВЧ преобразование интегрированы в резонансную структуру. Преобразователь встроен в структуру, которая состоит из резонатора в качестве первой полости, второй полости, по существу замкнутой для частоты ВЧ энергии, и, например, щелеобразного соединения 4 между обеими полостями. Первая полость образована экраном 35. Вторая полость образована внутренностью гильзообразного проводника 2 волновода 11. ВЧ ток вводится в кромки 25 щели 4. Обе полости выполнены таким образом, что введенная в щель электромагнитная мощность главным образом ответвляется в волновод 11, который выполнен, например, как ВЧ резонатор. Это достигается тем, что кромки щели в гильзообразном проводнике имеют компоненту направления, перпендикулярную пристеночному току желательной резонансной моды.
Импеданс экранирующего корпуса 35 для высокой частоты, выдаваемой ВЧ передатчиком, например, по меньшей мере в десять раз выше, чем импеданс волновода при резонансной частоте ВЧ передатчика. К тому же предпочтительно никакая резонансная частота второй полости не лежит вблизи рабочей частоты ВЧ резонатора и при необходимости также не находится в диапазоне ее верхних гармоник. Вторая полость образована экранирующим корпусом 35 и лежащими внутри экранирующего корпуса 35 участками гильзообразного проводника 2.
Кроме того, питающие кромки щели предпочтительно находятся вблизи линии узла тока резонансной моды, или питающие кромки щели по существу перпендикулярны направлению пристеночного тока соответствующей резонансной моды. Питание преобразователя может осуществляться таким образом, что окружающая полость прозрачна по отношению к генерируемому питающим током электромагнитному полю, например, через нормально проводящий металлический корпус и питание постоянного тока.