Герметичный волноводно-полосковый переход
SEALED WAVEGUIDE-TO-STRIPLINE TRANSITION

Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) техники, радиотехнике и может быть использовано, например, в линиях передач электромагнитной энергии, в приемных и передающих антенных модулях, измерительной технике.
Как правило, передача сигнала в радиотехнических трактах осуществляется с помощью фидеров, но возможен и способ жесткого соединения через герметичный волноводно-полосковый переход.
Волноводно-полосковый переход является необходимым элементом устройств, в которых применяются малошумящие усилители, усилители мощности, преобразователи частоты.
Известен герметичный волноводно-полосковый переход DE 2616987 A1 «Microwave stripline junction for waveguides - uses short coaxial intermediate line arranged between stripline and square, round or ridged waveguide», опубликован 27.10.1977, содержащий коаксиальную согласующую секцию, размещенную между микрополосковой линией и волноводом, при этом внутренний проводник коаксиальной согласующей секции входит во внутреннюю полость волновода перпендикулярно его широкой стенке. Соединение возможно с различными видами волноводов - квадратными, круглыми, ребристыми. Недостатком этого перехода является малая механическая прочность из-за возможности отрыва внутреннего проводника коаксиальной согласующей секции от микрополосковой линии.
Известен принятый за прототип патент RU 2579549 C1 «Конструкция согласующей гребневой секции волноводно-микрополоскового перехода», опубликован 10.04.2016. Изобретение относится к радиотехнике. Конструкция содержит волноводно-микрополосковый переход, в котором согласующий элемент выполнен в виде гребнеобразной конструкции со ступеньками различной высоты. Недостатками прототипа являются расположение согласующих гребней на верхней и нижней стенке волноводной секции, что повышает требования к точности изготовления, а также отсутствие герметичности между волноводной согласующей секцией и микрополосковой линией.
Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение эффективности работы устройства, связанное с минимизацией переходов с разных типов линий передач, возможность поворота соединяющих устройств относительно продольной оси, сохранение герметичности между разными типами линий передач, увеличение прочности конструкции, расширение рабочего диапазона частот.
Для этого в герметичном волноводно-полосковом переходе, содержащем волноводную секцию, соединяющую радиотехнические устройства, выполненные в герметичных корпусах, и согласующие ступени, волноводная секция выполнена из титанового сплава и представляет собой прямоугольный волновод сечением 19 мм на 7,5 мм, один конец прямоугольного волновода соединен с одним радиотехническим устройством посредством фланцевого соединителя, во внутреннем пространстве на нижней широкой стенке прямоугольного волновода от ее середины и до второго конца прямоугольного волновода выполнены согласующие ступени, обеспечивающие возможность согласованного перехода на другой тип линии передачи, в торцевой части со стороны согласующих ступеней расположен герметичный ввод, установленный на припойной пасте и обеспечивающий электрическое соединение посредством внутреннего проводника от второго радиоустройства с торцевой частью согласующих ступеней, при этом волноводно-полосковый переход выполнен с возможностью поворота радиотехнических устройств на 360° относительно друг друга по продольной оси волноводной секции без нарушения электрического соединения.
Кроме того, в герметичном волноводно-полосковом переходе установка согласующих ступеней осуществляется посредством припаивания, а для устранения микрощелей между стенками волновода и крышкой, внутренняя поверхность прямоугольного волновода выполнена гальванизированной.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен внешний вид волноводно-полоскового перехода.
На фиг. 2 показан вид сбоку в разрезе.
На фиг. 3 показана зависимость значений коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВн) от частоты.
На фиг. 1-2 введены следующие обозначения:
1. Волноводная секция для соединения с волноводным входом/выходом радиотехнического устройства.
2. Герметичный корпус следующего радиотехнического устройства.
3. Место крепления фланцевого соединителя.
4. Согласующие ступени.
5. Герметичный ввод сигнала.
6. Торцевая часть согласующих ступеней.
7. Воздушная линия.
8. Переход с коаксиальной линии на микрополосковую.
9. Цанга, обеспечивающая электрическое соединение внутреннего проводника гермоввода с согласующими ступенями.
10. Торцевая часть волноводной секции.
11. Диэлектрик герметичного ввода.
12. Внутренний проводник герметичного ввода.
13. Крышка.
Сигнал с выхода приемной антенны поступает на волноводный вход 6 рассматриваемого устройства. Далее сигнал распространяется до согласующих ступеней 4. Рассчитанная форма ступеней позволяет обеспечить согласование в широком диапазоне частот. Далее происходит изменение типа линии передачи с волновода на коаксиальную линию, роль которой играет герметичный ввод 5. Обеспечивается электрическое соединение внутреннего проводника 12 гермоввода 5 с торцевой частью согласующих ступеней 6.
Минимальное количество переходов между разными типами линий передачи обеспечивает наименьшие потери сигнала, связанные с отражением, иными словами увеличивается эффективность устройства.
В конечном итоге переход обеспечивает изменение типа линии передачи с волновода на микрополосок с сохранением герметичности между разными типами линий передачи. Благодаря малой длине образующейся воздушной линии 7 между согласующими ступенями 4 и торцом волноводной секции 10, не происходит ухудшения электродинамических характеристик. Далее сигнал распространяется через гермоввод 5 до места изменения типа линии передачи на микрополосковую 8.
Благодаря нестандартному сечению волноводной секции 19 мм на 7,25 мм происходит расширение частотного диапазона за счет того, что при данном сечении на высоких частотах не формируются высшие типы волн.
Реализация данной конструкции подразумевает следующий алгоритм:
- из титанового сплава фрезеруется пространство под волноводную секцию сечением 19 на 7,25 мм;
- фрезеруется пространство под компоненты герметичного устройства;
- под элементы ступенчатого перехода 4 делается выборка в широкой стенке волновода;
- сверлятся отверстия для установки будущих разъемов;
- производится установка герметичного ввода 5 в место припоя на припойную пасту;
- во фрезерованные выборки припаиваются элементы ступенчатого согласующего перехода 4;
- титановыми винтами прикручивается крышка 13, играющая роль широкой стенки волновода;
- проводится гальванизация внутренней поверхности волноводной секции 1 для устранения микрощелей между стенками волновода и крышкой 13.
В предлагаемом герметичном волноводно-полосковом переходе согласующие ступени 4 находятся на одной стенке, что позволяет снизить требования к точности изготовления при сохранении электродинамических характеристик. Кроме того, конструкция позволяет повернуть устройства на 360° относительно друг друга по продольной оси без нарушения электрического соединения.
Переход обеспечивает хорошее согласование волноводной секции с микрополосковой линией в широком диапазоне частот от 8 до 18 ГГц. Компьютерное моделирование показывает изменение значений коэффициента стоячей волны (КСВ) в пределах значений от 1,12 до 1, 81, что характеризует хорошее реальное качество конструкции (см. фиг. 3).