СВЧ-НАГРУЗКА
SHF-LOAD

Предлагаемое изобретение относится к сверхвысокочастотной радиотехнике и может быть использовано в качестве согласованной мощной СВЧ-нагрузки.
Известна нагрузка для высокого уровня мощности СВЧ (АС №357633), представляющая собой волноводную клиновидную нагрузку, в корпусе которой выполнены отверстия, предназначенные для подачи охлаждающего воздуха для охлаждения поглощающего материала воздушным потоком.
Недостатком данной нагрузки является сложность конструкции и необходимость принудительного обдува поглощающего материала.
Известна сверхвысокочастотная нагрузка, содержащая отрезок СВЧ-линии с пластинами из металла с низкой электрической проводимостью (АС №585794, прототип).
Пластины выполнены из электротехнической стали с окисным слоем на поверхности, расположены в плоскости электрического вектора СВЧ-поля, снабжены отверстиями и собраны в пакет, образуя отрезок линии.
Недостатком известной нагрузки является то, что в ней затруднен теплообмен как между пластинами, так и между пластинами и наружными теплорассеивающими поверхностями. Не оптимизирована мощность, рассеиваемая поглощающим клином.
Кроме того, известная нагрузка обладает недостаточным согласованием и ограниченной широкополосностью ввиду наличия отражений от неоднородностей, образованных пластинами из электротехнической стали, а также низкого погонного затухания.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение рассеиваемой мощности и расширение рабочей полосы частот.
Поставленная задача достигается тем, что гребневой волновод выполнен из металла с низкой проводимостью, величина воздушного зазора гребневого волновода составляет менее 0,1 его высоты, причем коэффициент затухания по его длине изменяется по закону:
α=10lg(n/(n-1))
где n - число секций поглощающего клина, а требуемое затухание каждой поглощающей секции
кр
1
кр
2
2
α=8,68((πλ/λb)+Q)/√((λ/λ)-1)
где
2
2
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
1
Q={{q-r)πq/r[tg(πγ/k)+πγ/ksec(πγ/k)]+(q-r)/qk(B')}tg(2πδ/k)+4π/ksec(2πδ/k)}/ak{2q/t[tg(πγ/k)+πγ/ksec(πγ/k)]tg(2πδ/k)-2tg(2πδ/k)+4πδ/ksec(πδ/k)};
1
1
q=b/2C;
2
1
γ=a/a;
кр
1
k=λ/a;
2
1
r=b/b;
1
2
1
δ=(1-a/a);
0
0
1
2
кр
1
2
кр
2
B'=B/Y=ctg[π(a-a)/λ]-btg(πa/λ)/b;
δ - глубина проникновения тока;
а1 - ширина волновода вне гребня;
а2 - ширина гребня;
b1 - высота гребневого волновода;
b2 - величина воздушного промежутка;
λ - длина волны;
кр
λ- критическая длина волны гребневого волновода;
достигается выбором ширины гребня соответствующей поглощающей секции.
Суть технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид СВЧ-нагрузки.
Мощная цельнометаллическая СВЧ-нагрузка содержит волновод 1, гребневой волновод 2, например П- или Н-волновод. Согласование волновода 1 с гребневым волноводом 2 осуществляет переход 3.
Использование гребневого волновода 2, являющегося сверхширокополосным элементом и выполняющего роль поглощающего элемента, существенно улучшает согласование и расширяет полосу рабочих частот заявляемой нагрузки.
В отличие от прототипа, конструкция предлагаемого устройства обеспечивает увеличение рассеиваемой СВЧ-мощности, а также расширение рабочей полосы частот.
01
Предлагаемое устройство (фиг.1) работает следующим образом. Поданная на вход нагрузки СВЧ-мощность переходом 3 преобразуется в основную волну гребневого волновода, соответствующую, например, волне H прямоугольного волновода.
В гребневом волноводе СВЧ-мощность распространяется вдоль волновода, выполненного из металла с низкой проводимостью, наводит на поверхностях его стенок и особенно гребня токи, проникающие на глубину, обратно пропорциональную σ (где σ - проводимость слабо проводящего металла стенок), нагревает их. Низкая проводимость металла обуславливает повышенное проникновение токов, т.е. приводит к повышенному погонному затуханию гребневого волновода.
Этой же цели способствует пониженная величина воздушного зазора гребневого волновода.
Нагрев металла стенок способствует ионизации воздуха внутри нагрузки и может привести к ее пробою.
Для того чтобы этого избежать, следует оптимизировать распределение мощности вдоль поглощающего клина, в идеале - сделать его равномерным.
Для обеспечения равномерного распределения рассеиваемой мощности по длине поглощающего клина, волновод должен иметь переменное сечение, например переменную ширину.
Разобьем поглощающий клин на n секций, каждая из которых характеризуется своей шириной гребневого волновода. Равномерное рассеяние мощности вдоль нагрузки реализуется при условии, что коэффициент затухания по ее длине изменяется по закону:
α=10lg(n/(n-1)).
Этого можно добиться выбором параметра а2 (ширина гребня), поскольку затухание гребневого волновода определяется соотношением:
кр
1
кр
2
2
α=8,68((πλ/λb)+Q)/√((λ/λ)-1), Дб/м,
где
2
2
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
1
Q={{q-r)πq/r[tg(πγ/k)+πγ/ksec(πγ/k)]+(q-r)/qk(B')}tg(2πδ/k)+4π/ksec(2πδ/k)}/ak{2q/t[tg(πγ/k)+πγ/ksec(πγ/k)]tg(2πδ/k)-2tg(2πδ/k)+4πδ/ksec(πδ/k)};
1
1
q=b/2C;
2
1
γ=a/a;
кр
1
k=λ/a;
2
1
r=b/b;
1
2
1
δ=(1-a/a);
0
0
1
2
кр
1
2
кр
2
В'=В/Y=ctg[π(a-a)/λ]-btg(πa/λ)/b;
δ - глубина проникновения тока;
а1 - ширина волновода вне гребня;
а2 - ширина гребня;
b1 - высота гребневого волновода;
b2 - величина воздушного промежутка;
λ - длина волны;
кр
λ - критическая длина волны гребневого волновода;
В связи с этим, в отличие от прототипа, конструкция предлагаемого устройства способна рассеивать большую мощность.
Что касается существенности отличий, то в рамках доступных автору материалов не обнаружены признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого объекта.