КОАКСИАЛЬНАЯ ЛИНИЯ
COAXIAL LINE

Изобретение относится к радиотехнике, к конструктивному выполнению жестких коаксиальных линий и трактов передачи и может быть использовано в антенно-волноводной и измерительной СВЧ-технике.
Известен участок жесткой коаксиальной линии, содержащей внешний проводник, внутренний проводник и изоляторы в виде туго натянутых нитей, симметрично расположенных относительно продольной оси (Патент РФ №2061973, Н01В 11/18, 1996 г.).
Недостатком данной коаксиальной линии является сложность конструкции изолятора, высокая вероятность нарушения геометрии и, как следствие, нестабильность параметров при внешних механических воздействиях на участок жесткой коаксиальной линии.
Известна коаксиальная линия передачи, выполненная в виде радиальных диэлектрических штырей с подстроечными металлическими вкладышами, устанавливаемых между внутренним проводником и внешним проводником (А.с. СССР №556523, H01P 3/06, 1977 г.).
Недостатком известной коаксиальной линии является сложность конструкции коаксиальной линии и сложность ее настройки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является коаксиальная линия, содержащая внешний и внутренний проводники и опорный изолятор, выполненный в виде двух одинаковых частей шайбы, объединенных упругой связью, выполненной в виде полос из диэлектрического материала, имеющих поперечную кривизну; внутренний проводник выполнен в виде плоских лент, соединенных по кромкам в продольном направлении с возможностью формировки в трубу избыточным давлением в его внутренней полости, а каждая часть шайбы имеет центральную канавку, профиль которой соответствует профилю внутреннего проводника, и соединена с другой частью упругой связью, выполненной в виде полос из диэлектрического материала, имеющих поперечную кривизну (Патент РФ №2013824, Н01Р 3/06, 1994 г.).
Недостатком прототипа является сложность конструкции изолятора, объединяющей их упругой связи и внутреннего проводника при изготовлении коаксиального тракта, содержащего изгибы и разветвления.
Перед авторами стояла задача создания коаксиальной линии и коаксиального тракта на ее основе простых по конструкции, содержащих минимум деталей с высокими техническими параметрами.
Задача решена за счет того, что коаксиальная линия и коаксиальный тракт на ее основе представляют собой механически собираемую конструкцию, состоящую из центрального проводника, деталей изолятора и внешнего проводника.
Коаксиальная линия содержит внешний и внутренний проводники, изолятор и выходные коаксиальные соединители, при этом во внешний проводник, выполненный в виде двух сопрягаемых частей, поперечное сечение которых образует замкнутый контур, по крайней мере в одной из которых выполнен паз прямоугольного сечения, помещен изолятор, заполняющий внутренний объем внешнего проводника, выполненный в виде двух вкладышей прямоугольного сечения из изоляционного материала, установленных один над другим, имеющих углубления на сопрягаемых поверхностях вдоль продольной оси коаксиальной линии, в которых зафиксирован внутренний проводник с сечением, равным сечению паза в изоляторе, причем согласование импедансов коаксиальной линии с внешними коаксиальными линиями, подключенными к коаксиальным соединителям, осуществлено изменением ширины внутреннего проводника и паза изолятора при их неизменной толщине.
Коаксиальный тракт включает не менее двух коаксиальных линий, причем коаксиальные линии содержат изгибы, разветвления, эквидистантные повороты, причем внешний проводник выполнен в виде двух сопрягаемых частей, по крайней мере, в одной из которых выполнены объединенные между собой пазы прямоугольного сечения, в которые помещен изолятор, заполняющий внутренний объем внешнего проводника, выполненный в виде двух вкладышей прямоугольного сечения из изоляционного материала, установленных один над другим, имеющих углубления на сопрягаемых поверхностях вдоль продольной оси каждого из участков коаксиальной линии, в которых зафиксирован внутренний проводник с сечением, равным сечению паза в изоляторе, при этом согласование импедансов между участками коаксиального тракта осуществляется изменением ширины внутреннего проводника и паза изолятора при их неизменной толщине, причем внешний проводник, изолятор, внутренний проводник механически объединены между собой в единую конструкцию, образующую систему коаксиальных элементов, а выходные коаксиальные соединители выполнены соосно с подводящим внутренним проводником.
Коаксиальный тракт имеет ортогональные к внутреннему проводнику выходные коаксиальные соединители.
Коаксиальный тракт имеет соосные с подводящим внутренним проводником переходы на полосковую линию.
Связь между участками тракта с разделенными внутренними проводниками осуществлена через изолятор, выполненный из материала изолятора коаксиальной линии.
Связь между участками тракта с разделенными внутренними проводниками осуществлена через изолятор, выполненный из материала, отличного от материала изолятора коаксиальной линии.
На наружных поверхностях внешнего проводника выполнены радиаторы системы охлаждения.
Заявляемая коаксиальная линия и коаксиальный тракт на ее основе обладают совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.
Заявляемая коаксиальная линия и коаксиальный тракт на ее основе, по мнению заявителей и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.
Сущность предлагаемого решения поясняется с помощью чертежей, где:
- на фиг.1 приведен вариант конструктивной реализации коаксиальной линии;
- на фиг.2 - вариант конструктивной реализации коаксиального тракта;
- на фиг.3 - электрическая схема коаксиального тракта;
- на фиг.4 - продольное сечение коаксиального тракта;
- на фиг.5 - приведены зависимости волнового сопротивления коаксиальной линии с квадратным внешним проводником и изолятором, выполненным из материала с ε=2.08, от ширины прямоугольного внутреннего проводника при постоянной его толщине.
Коаксиальная линия содержит внешний проводник, состоящий из корпуса 1 и крышки 2, внутренний проводник 3 и установленный между ними изолятор 4, состоящий из двух одинаковых частей. В корпусе 1 внешнего проводника выполнен паз прямоугольного сечения.
Коаксиальная линия подготавливается к работе следующим образом.
В паз прямоугольного сечения корпуса 1 укладывается одна половина изолятора 4. Изолятор 4 имеет внешний размер, совпадающий с размером паза в корпусе 1 внешнего проводника, поэтому он жестко в нем фиксируется. Затем в паз изолятора 4 плотно укладывается внутренний проводник 3 и накрывается второй частью изолятора 4. После этого на корпус 1 устанавливается крышка 2, замыкающая контур внешнего проводника, и механически фиксируется. При необходимости на концы линии устанавливаются выходные коаксиальные соединители.
Коаксиальный тракт состоит из корпуса 1, в котором выполнены пазы прямоугольного сечения. В пазы один на другой уложены две части изолятора 4. На сопрягаемых плоскостях частей изолятора 4 имеются пазы, удерживающие помещенный в них внутренний проводник 3. Вся конструкция закрывается плоской крышкой 2, замыкающей контур внешнего проводника коаксиального тракта.
Выходы коаксиального тракта представляют собой соосный или ортогональный к внутреннему проводнику 3 коаксиальные соединители 5 и 6 с коаксиальной линии прямоугольного сечения на круглую коаксиальную линию. Также переход может осуществляться на соосную (симметричную или несимметричную) полосковую линию. В качестве примера приведено включение в коаксиальный тракт микрополосковой согласованной нагрузки 7. При необходимости связи между разделенными участками тракта можно осуществить либо через изолятор, выполненный из материала изолятора коаксиальной линии, либо через изолятор, изготовленный из другого материала.
Электрическая схема коаксиального тракта содержит следующие элементы:
XW1, XW4, XW6, XW7 - ортогональные внутреннему проводнику выходные коаксиальные соединители;
XW2, XW3, XW5 - соосные с внутренним проводником выходные коаксиальные соединители;
WR1-WR6 - микрополосковые согласованные нагрузки;
W1 - ответвитель направленный первого рода (связь осуществляется через участки, заполненные материалом, отличным от материала изолятора коаксиальной линии);
W4 - ответвитель направленный второго рода (связь осуществляется через участки, заполненные материалом изолятора коаксиальной линии);
W2, W3, W5 - кольцо гибридное.
Согласование различных участков коаксиального тракта, имеющих отличные друг от друга импедансы коаксиальных линий, осуществляется изменением ширины внутреннего проводника b и паза изолятора при их неизменной толщине S. Данный тип согласования позволяет упростить конструкцию коаксиального тракта и технологичность его выполнения.
В случае необходимости отвода тепла от коаксиального тракта на наружных поверхностях корпуса 1 и крышки 2 могут быть выполнены радиаторы системы охлаждения в виде ребер.
Для проверки правильности принятых технических решений на предприятии разработаны и испытаны с положительным результатом ряд СВЧ-устройств, в которых применен заявляемый коаксиальный тракт, выполненный на основе заявляемой коаксиальной линии, что подтверждает соответствие заявляемого решения критерию «промышленная применимость» для изобретения.