Е-ПЛОСКОСТНОЙ ВОЛНОВОДНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ-РАЗВЕТВИТЕЛЬ НА ДВА КАНАЛА

Заявляемая полезная модель относится к волноводной технике СВЧ и может найти применение при создании волноводных трактов различной конфигурации для деления и разветвления мощности СВЧ сигнала в волноводных трактах и в составе волноводных СВЧ приборов.
Известен Е-плоскостной делитель мощности (Пименов Ю.В. и др. Техническая электродинамика. M. «Радио и связь», 2000, стр.426), содержащий Т-образное сочленение входного волноводного плеча и двух выходных волноводных плеч, представляющих собой волноводы прямоугольного сечения. Во входном волноводном плече размещен согласующий элемент в виде индуктивной диафрагмы.
Недостаток данного устройства состоит в сильной узкополосности, объясняющейся сильно различающимися дисперсионными характеристиками Т-образного тройникового сочленения в Е-плоскости и индуктивной диафрагмы (полоса согласования по входному плечу по уровню КСВн<1,1 составляет менее 5%). К недостаткам устройства можно отнести и дополнительные габариты, вызванные необходимостью распо-логать диафрагму на некотором расстоянии от разветвления для обеспечения требуемого фазового соотношения между волной, отраженной от разветвления и волной, отраженной от индуктивной диафрамы (величина этого расстояния составляет приблизительно 1/3 величины широкой стенки волновода).
Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности существенных признаков является Е-плоскостной делитель (Н.А. Семенов. Техническая электродинамика M. Изд-во связь, 1973, стр.404, рис.15.2), содержащий входной прямоугольный волновод, два выходныхпрямоугольных волновода и согласующий элемент в виде клина.
Данное устройство принято в качестве прототипа. К недостаткам прототипа следует отнести:
- узкую полосу согласования (по уровню КСВн<1,1 полоса согласования ~6÷7%)
- в ряде случаев расположение входного и выходных плеч в разных плоскостях представляет неудобство при конструировании водноводного тракта и требует введения в тракт дополнительных элементов, например, волноводных изгибов, что ухудшает параметры изделия (приводит к появлению дополнительных отражений), увеличивает габариты, приводит к усложнению и удорожанию конструкции.
Задачей полезной модели является расширение полосы согласования при одновременном упрощении конструкции и технологии ее изготовления.
Эта задача решается тем, что в Е-плоскостном волноводном делителе-разветвителе на два канала, содержащем входной прямоугольный волновод, два параллельных входному выходных прямоугольных волновода и согласующий элемент, выходные волноводы имеют скосы широкой стенки под углом 20°-25° к плоскости широкой стенки выходных волноводов, а согласующий элемент выполнен виде прямоугольного выступа.
Технический результат полезной модели состоит в расширении полосы согласования (которая по уровню КСВн<1,1 в предлагаемой конструкции составляет более 10%). Для трактов, где требуется расположение входного и выходных волноводов в одной плоскости, также существенно упрощается конструкция, поскольку нет необходимости введения в тракт дополнительных элементов (изгибов, поворотов и т.п.).
Указанный технический результат определяется тем, что предлагаемое устройство фактически состоит из самостоятельных волноводных элементов:
- Т-образного волноводного Е-плоскостного тройника, где выходными волноводами являются промежуточные волноводы половинного сечения (размер узкой стенки выходных волноводов равен половине размера узкой стенки входного волновода)
- двух уголковых изгибов волноводного тракта на 90° в плоскости Е, которые одновременно являются переходами с промежуточных волноводов половинного сечения обратно на сечение, соответствующее сечению входного волновода.
Такой Т-образный тройник легко согласуется при помощи прямоугольного выступа, расположенного на широкой стенке выходного волновода в месте разветвления по центру напротив входного волновода. Высота h выступа составляет 0,30÷0,35 размера широкой стенки b входного волновода, а ширина выступа s составляет 0,40÷0,45 b. Благодаря балансу волновых сопротивлений входного и двух выходных плеч такой выступ обеспечивает согласование во всей полосе рабочих частот волновода с КСВн<1,02. Переход с половинного на полное сечение совмещается с уголковым поворотом волноводного тракта на 90° и согласуется при помощи скоса широкой стенки длиной L=1.4÷1.6 b под углом 20°-25° к плоскости широкой стенки выходного волновода. Поскольку такой тройник обладает широкополосным качественным согласованием, месторасположение таких изгибов практически не имеет значения (необходимо вводить незначительную корректировку размеров согласующего выступа при приближении к нему изгиба на расстояние меньше 1,5 b) и определяется только исходя их конструктивных требований к конфигурации волноводного тракта. Это свойство конструкции существенно облегчает возможность встраивания таких устройств в различные волноводные системы и приборы.
Предлагаемую полезную модель иллюстрирует Фиг., на которой представлен поперечный разрез заявляемого устройства (в плоскости, ортогональной широкой стенке волноводов).
Заявляемое устройство на Фиг.содержит: входной прямоугольный волновод 1, образующий вместе с двумя промежуточными волноводами половинного сечения 2 и 3 Т-образный волноводный Е-плоскостной тройник; выходные волноводы 4 и 5 со скосами 6 и 7 длиной L под углом а к плоскости широкой стенки выходных волноводов и согласующий элемент 8 в виде прямоугольного выступа.
Предлагаемое устройство работает следующим образом:
СВЧ волна, подаваемая во входной прямоугольный волновод 1 практически не претерпевая отражений, делится поровну между двумя промежуточными волноводами 2 и 3 половинного сечения расположенными ортогонально входному волноводу в плоскости Е. Такое Т-образное тройниковое сочленение согласуется по входу во всей полосе рабочих частот волновода при помощи согласующего элемента в виде прямоугольного выступа 8. Далее в каждом из плеч расположены волноводные переходы на волновод с сечением, равным сечению входного волновода, которые совмещены с уголковыми поворотами волноводного тракта на 90° в плоскости Е и согласуются при помощи скосов 6 и 7 широкой стенки под углом α=20°÷25° к плоскости широкой стенки выходного волновода.
Таким образом реализован Е-плоскостной делитель-разветвитель на два канала, обладающим полосой согласования по уровню КСВн<1,1 более 10%. Месторасположение выходных плеч может выбираться исходя из конструктивных требований к волно-водному тракту. Положение полосы согласование в диапазоне рабочих частот волновода может подстраиваться углом скосов а и длиной скосов L.
Опытный образец предлагаемого устройства изготовлен на волноводе сечением 165.1 мм × 82.55 мм (WR-650) из алюминиевого сплава путем фрезерования. Выходные волноводы расположены симметрично относительно входного волновода таким образом, что расстояние между осями выходных волноводов составляет 190 мм;
высота согласуюшего выступа h составляет 27,15 мм
ширина согласуюшего выступа s составляет 35,6 мм
длина скосов L составляет 122,3 мм
угол скосов а составляет 21,13°.
В полосе рабочих частот 1,3 Г Гц ± 5% КСВн не превышает уровень 1,1;
В полосе рабочих частот 1,3 Г Гц ± 2% КСВн не превышает уровень 1,05.
Изготовление предполагаемого устройства предполагает использование известных материалов (медные и алюминиевые сплавы) и технологических процессов (фрезерование, пайка, сварка), что свидетельствует о возможности промышленной реализации заявленной полезной модели.