СОГЛАСУЮЩИЙ ПЕРЕХОД МЕЖДУ ПРЯМОУГОЛЬНЫМ ВОЛНОВОДОМ И ПРЯМОУГОЛЬНЫМ ВОЛНОВОДОМ С Т-РЕБРОМ

Полезная модель относится к радиоэлектронике, в частности к волноводным устройствам, а именно к согласующим переходам между стандартными волноводами и волноводами сложного поперечного сечения.
Прямоугольный волновод с Т-образным выступом или прямоугольный волновод с Т-ребром (ПВТР) является базовым элементом высокоэффективных рабочих камер волноводных СВЧ нагревательных установок. Практическое применение устройств на ПВТР во многом зависит от реализации перехода к волноводам стандартных сечений, в частности прямоугольным волноводам (ПрВ), на основе которых построен вывод энергии большинства мощных СВЧ генераторов. Данные переходы должны отвечать ряду требований: плавное изменение волнового сопротивления по всей длине перехода в направлении распространения электромагнитной волны, что позволяет повысить уровень прошедшей в рабочую камеру СВЧ мощности; пропускная способность согласующего перехода должна обеспечивать прохождение СВЧ мощности во всем доминантном диапазоне частот стандартного волновода.
Известен согласующий переход между прямоугольным волноводом и прямоугольным волноводом с Т-ребром [Коломейцев В.Α., Яковлев В.В. Плавные переходы для согласования прямоугольного волновода и прямоугольного волновода с Т-ребром // Радиотехника. 1990. №2, с. 89-90], у которого внешняя геометрия перехода и профиль Т-ребра изменяются в продольном направлении линейно. Достоинством такого перехода является простота его изготовления.
Однако использование данного перехода уменьшает диапазон длин волн, в котором обеспечивается передача СВЧ мощности в ПВТР по сравнению с ПрВ.
Известен также согласующий переход между прямоугольным волноводом и прямоугольным волноводом с Т-ребром [Коломейцев В.Α., Хамидуллин А.Ф., Железнов Α.Α., Ковряков П.В. Исследование диапазонных свойств согласующих переходов ПРВ-ПВТР // Вестник СГТУ. 2012. №2 (66). Выпуск 2, с. 81-86], у которого геометрия Т-ребра изменяется в продольном направлении нелинейно при сохранении линейности внешней геометрии согласующего перехода. Данный переход обеспечивает направленную передачу СВЧ мощности в ПВТР во всем доминантном диапазоне длин волн ПрВ.
Однако практическая реализация данного перехода затруднена сложностью его изготовления.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является согласующий переход между прямоугольным волноводом и прямоугольным волноводом с Т-ребром, в котором при сохранении линейной геометрии Т-ребра внешняя геометрия перехода меняется нелинейно [О.В. Дрогайцева, В.А. Коломейцев, B.А. Лойко. Исследование диапазонных свойств согласующих переходов между стандартными волноводами и волноводами сложных сечений // Саратов: Изд-во СГТУ. Вестник Саратовского государственного технического университета, №2, вып. 1. 2011. C. 21-27]. Переход состоит из отрезка ПрВ, нелинейно изменяющегося по мере приближения к ПВТР, и Т-ребра, линейно изменяющегося на протяжении всего перехода.
Однако в данной конструкции не уделено внимание соотношению размеров перехода.
Задачей заявляемой полезной модели является создание технологичного, доступного в производстве согласующего перехода между прямоугольным волноводом (ПрВ) и прямоугольным волноводом с Т-ребром (ПВТР) с минимальными коэффициентами отражения СВЧ мощности во всем диапазоне рабочих частот ПрВ.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в согласующем переходе между прямоугольным волноводом и прямоугольным волноводом с Т-ребром, содержащем вход, выход, участок прямоугольного волновода с постоянным сечением, участок прямоугольного волновода с линейно изменяющимся сечением и Т-ребро, линейно изменяющееся от выхода до входа, причем вход предназначен для сочленения с прямоугольным волноводом и совпадает с торцевым сечением участка прямоугольного волновода с постоянным сечением, переходящего в участок прямоугольного волновода с линейно изменяющимся сечением, торцевое сечение которого совпадает с выходом, предназначенным для сочленения с прямоугольным волноводом с Т-ребром, продольный размер перехода выбран из диапазона от λ до 1,5λ, продольный размер участка прямоугольного волновода с постоянным сечением - от 7/30 L до 13/30 L, где λ - рабочая длина волны, L - продольный размер перехода.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении передачи СВЧ мощности во всем доминантном диапазоне длин волн ПрВ при достаточно простой конфигурации и технологичности изготовления перехода. Сочетание заявляемой внешней геометрии с плавным изменением геометрии Т-ребра позволяет получить плавное изменение волнового сопротивления по всей длине перехода, а согласование волноводов происходит в более широком диапазоне длин волн. Кроме того заявляемая геометрия не составляет трудностей в изготовлении и обеспечивает высокоэффективную промышленную применимость.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью фиг., на которой изображен общий вид согласующего перехода между прямоугольным волноводом и прямоугольным волноводом с Т-ребром:
На фиг. позициями 1-5 обозначены:
1 - участок прямоугольного волновода (ПрВ) с постоянным сечением;
2 - участок ПрВ с линейно изменяющимся сечением;
3 - Т-ребро;
4 - вход;
5 - выход.
C0
Согласующий переход между прямоугольным волноводом (ПрВ) и прямоугольным волноводом с Т-ребром (ПВТР) состоит из участка ПрВ с постоянным сечением 1, участка ПрВ с линейно изменяющимся сечением 2, Т-ребра 3, входа 4 и выхода 5. Вход 4 перехода расположен на торцевом сечении участка ПрВ с постоянным сечением 1, который переходит в участок ПрВ с линейно изменяющимся сечением 2. На торцевом сечении последнего расположен выход 5 перехода для его сочленения с ПВТР. Т-ребро 3 расположено по центру вдоль перехода от входа 4 к выходу 5. Габариты Т-ребра 3 возрастают с увеличением продольной координаты в направлении к ПВТР. Точка перехода между участком ПрВ с постоянным сечением 1 и участком ПрВ с линейно изменяющимся сечением 2 соответствует сечению перехода, где критическая длина волны основного типа перехода λ имеет минимальное значение.
В качестве материала для изготовления перехода подходит медь или иной немагнитный металл с высокой удельной проводимостью для уменьшения потерь, возникающих в процессе работы.
Для заданных габаритов согласуемых волноводов выбирают оптимальную геометрию согласующего перехода в соответствии с номограммой синтеза плавных согласующих переходов. Данная номограмма, является результатом комплексного исследования электродинамических свойств полых волноводов сложных сечений на основе численного решения внутренней краевой задачи электродинамики для ПВТР методом конечных элементов с использованием принципа Галеркина и взвешенных невязок (Коломейцев В.А. Взаимодействие электромагнитных волн с поглощающими средами и специальные системы равномерного нагрева. // Дисс. на соискание ученой степени д.т.н., Саратов, 1999, 432 с).
Согласующий переход между прямоугольным волноводом и прямоугольным волноводом с Т-ребром работает следующим образом.
При передаче СВЧ мощности из ПрВ в ПВТР благодаря заявляемой геометрии перехода практически не возникают отражения в линии передачи и происходит плавная трансформация электромагнитного поля доминантной волны ПрВ в электромагнитное поле доминантной волны ПВТР. Передаваемая СВЧ мощность проходит сквозь переход и поступает в ПВТР. Вход 4 перехода подключают к стандартному ПрВ с размерами сечения a0 и b0, на котором выполнен вывод СВЧ энергии генератора (магнетрона), выход 5 - к ПВТР с размерами сечения a, b, t и d, на котором выполнена рабочая камера волноводной нагревательной установки.
Конкретный пример реализации перехода представлен для ПрВ с размерами a0=72 мм, b0=34 мм и ПВТР с размерами a=40 мм, b=20 мм, d=2 мм, t=28 мм. Полный продольный размер L перехода составляет от λ до 1,5λ, где λ - рабочая длина волны. Величина L1 выбирается такой, чтобы не возникало преждевременного сужения пропускной способности перехода, т.е. приблизительно 1/3 L: от 7/30 L до 13/30 L. Данная геометрия обеспечивает полосу пропускания до 80%.
Использование заявляемой полезной модели в волноводных нагревательных СВЧ установках повышает общую экономическую эффективность как производства, так и эксплуатации. Максимально широкая полоса рабочих частот позволяет использовать данный переход для сочленения с рабочей камерой СВЧ нагревательной установки на базе отрезка ПВТР для обеспечения режима термообработки во всем доминантном диапазоне длин волн ПрВ. Удобство изготовления по сравнению с переходами с нелинейным изменением Т-ребра обеспечивает технологичность производства изделия.