ВОЛНОВОД С 30° ИЗГИБОМ В ПЛОСКОСТИ Н

Заявляемая полезная модель относится к технике СВЧ и может найти применение при создании волноводных трактов различной конфигурации для пространственного сопряжения узлов и элементов волноводного тракта, а также в качестве составной части некоторых волноводных СВЧ приборов, имеющих по-разному ориентированные в пространстве входные и выходные плечи. Широко распространенной областью применения таких устройств является использование в составе ферритовых Y-циркуляторов, расположение входных и выходных плеч которых должно быть приведено к Т-образной конфигурации.
Волноводные изгибы являются широко распространенными элементами волноводного тракта. К главным требованиям, предъявляемым к ним, можно отнести компактность, технологичность изготовления при обязательном обеспечении требуемого качества согласования (т.е. коэффициент отражения от изгиба должен быть ниже заданного значения) в заданной полосе рабочих частот.
Известные пути удовлетворения каждого из этих требований в отдельности не всегда приводят к достижению оптимального результата по совокупности требований.
Известен одинарный уголковый изгиб прямоугольного волновода в Н-плоскости (А.Фельдштейн и др. Справочник по элементам волноводной техники. М. Сов. радио, стр.181, рис.4.21; Семенов Н.А. Техническая электродинамика, М. Связь, 1973, стр.138).
Главный недостаток устройств этого типа - узкополосность, определяемая резким нарушением структуры поля в зоне поворота волноводного тракта.
Для уменьшения коэффициента отражения и увеличения широкополосности, зону поворота волноводного тракта удлиняют, заменяя, например одинарный изгиб на
угол α двумя изгибами (2×α/2, где α - угол изгиба волноводного тракта), разделенными четвертьволновым отрезком волновода (А.Фельдштейн и др. Справочник по элементам волноводной техники. М. Сов. радио, стр.182, рис.4.22) либо плавным изгибом (А.Фельдштейн и др. Справочник по элементам волноводной техники. М. Сов. радио, стр.182, рис.4.25)
Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков является волноводное устройство (см. ОСТ4 ГО.010.019 Трубы волноводные. Радиусы и углы изгибов. Основные параметры и размеры., стр.10), принятое в качестве прототипа.
Устройство-прототип содержит два отрезка регулярного прямоугольного волновода, которые могут быть расположены под различными углами α друг к другу, в том числе α=30°, между которыми расположен плавный изгиб в плоскости H таким образом, что соответствующие узкие стенки волноводов сопряжены по дугам двух концентрических окружностей с радиусами R (радиус внутренней окружности) и R+а (радиус внешней окружности), где а - размер широкой стенки волновода. Приведены значения КСВн такого устройства для различных значений выбранного радиуса R.
Недостатками прототипа являются:
- наличие значительных отражений от изгиба при значениях R<а;
- существенное увеличение габаритов устройства (необходимость увеличения R до значения, превышающего размер а в несколько раз) для достижения малых уровней КСВн в рабочей полосе частот волновода.
Эти недостатки особенно ощутимы при работе с волноводными трактами дециметрового и длинноволновой части сантиметрового диапазонов длин волн.
Задача полезной модели состоит в уменьшении габаритов устройства при одновременном обеспечении более высоких электромагнитных параметров (качества согласования в рабочей полосе частот волновода).
Эта задача решается тем, что в волноводе с 30° поворотом в плоскости Н, содержащем два отрезка регулярного прямоугольного волновода с широкими стенками, расположенными в одной плоскости, и пристыкованных один к другому по узкой стенке таким образом, что в месте стыка образовано общее ребро, а внутренний угол между этими узкими стенками в продольном сечении составляет 210°, противоположная ребру узкая стенка волновода в области поворота, соединяющая две другие узкие стенки регулярных отрезков волноводов, выполнена плоской.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение габаритов устройства (что особенно актуально для волноводных трактов дециметрового и длинноволновой части сантиметрового диапазонов длин волн), упрощение конструкции, обеспечение качественного согласования во всей рабочей полосе частот волновода.
Достижение указанного результата объясняется тем, что для 30° поворота в Н-плоскости удачно сложились условия компенсации отражений, возникающих вследствие нарушения структуры поля в зоне поворота волноводного тракта с нулевым внутренним радиусом (т.е. внутренняя узкая стенка волновода в месте поворота образует угол 180°+30°=210°) и нарушения структуры поля, вызванного спрямлением внешней узкой стенки волновода в области поворота. Такая конструкция обеспечивает КСВн<1,02 во всей полосе рабочих частот волновода, причем к максимальным значениям КСВн согласование приближается только на краях рабочей полосы волновода, имея в центре рабочей полосы значения КСВн практически близкие к 1.
Предлагаемую полезную модель иллюстрируют: Фиг.1, на которой представлена конфигурация волновода с поворотом в плоскости Н (ОСТ4 ГО.010.019, черт.2,
стр.10), принятого в качестве прототипа; Фиг.2, где изображено в аксонометрии предлагаемое устройство, Фиг.3, на которой дан вид горизонтального сечения предлагаемого устройства, и Фиг.4, где приведена расчетная характеристика поворота.
Представленное на Фиг.1 устройство-прототип содержит регулярные волноводы 1 и 2, между которыми расположен плавный поворот 3 волноводного тракта на угол α с внутренним радиусом R и внешним радиусом R+а, где а - размер широкой стенки волновода.
В отличие от этого в предлагаемом устройстве (Фиг.2) плавный поворот между регулярными волноводами отсутствует. Часть 4 узкой стенки волновода, соединяющая отрезки регулярных прямоугольных волноводов 1 и 2 с внешней стороны поворота (которая в изделии-прототипе имеет форму сектора цилиндрической поверхности с радиусом R+а), выполнена плоской. Противоположная ей узкая стенка волновода имеет поворот с нулевым радиусом, т.е. соответствующие узкие стенки регулярных волноводов 1 и 2 в месте стыка образуют ребро.
На Фиг.3 показано горизонтальное сечение предлагаемого устройства, где: 4 - часть плоской узкой стенки волновода, образующего 30° поворот; 5 - узкие стенки регулярных прямоугольных волноводов с внутренней стороны волноводного поворота, образующие ребро 6 в месте стыка; 7 - узкие стенки регулярных прямоугольных волноводов с внешней стороны волноводного поворота, образующие ребра 8-1 и 8-2 в месте стыка с плоской стенкой 4; 9 - условные границы областей регулярных прямоугольных волноводов и области поворота волноводного тракта.
Предлагаемое устройство работает следующим образом:
В состав волноводного тракта, в котором необходимо осуществить поворот тракта в плоскости Н на 30° включается предлагаемое устройство. СВЧ волна, подаваемая в один из регулярных прямоугольных волноводов 1 или 2, проходит область поворота
практически не претерпевая отражений. Это происходит благодаря взаимной компенсации отражений, возникающих вследствие нарушения структуры поля в зоне поворота волноводного тракта на ребре 6 и ребрах 8-1 и 8-2.
Таким образом реализован наиболее компактный и простой по конструкции 30° поворот волноводного тракта в плоскости Н.
Расчетная характеристика КСВн такого поворота в зависимости от длины электромагнитной волны в свободном пространстве λо, отнесенной к размеру широкой стенки волновода а, приведена на Фиг.4
Опытный образец предлагаемого устройства, изготовленный на волноводе сечением 90 мм × 45 мм путем фрезерования волноводного тракта в плите из алюминиевого сплава, имел КСВн лучше, чем 1,02 во всей полосе рабочих частот волновода (значение λo/а находится в пределах 1,05÷1,60).
Предлагаемое устройство может быть изготовлено с использованием тех же технологических приемов и методов, которыми изготавливаются другие элементы волноводного тракта в состав которого включается это устройство. Это может быть фрезерование волноводного канала в плите из алюминиевого или медного сплава, сварка (спайка) волноводного канала из отрезков волноводных труб из медного сплава и др. Устройство может быть изготовлено в одном технологическом цикле вместе с другими элементами волноводного тракта.
Изготовление предполагаемого устройства предполагает использование известных материалов и технологических процессов, что свидетельствует о возможности промышленной реализации заявленной полезной модели.