КОАКСИАЛЬНЫЙ СОГЛАСУЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР

Полезная модель относится к радиотехнике и технике СВЧ, и может быть использована в устройствах для согласования коаксиальных СВЧ трактов.
Известен согласующий трансформатор, содержащий металлический корпус с расположенной внутри него замедляющей системой, выполненной в виде «змейки», с емкостным элементом настройки. [Костюченко К.К. Малогабаритные трансформаторы импедансов дециметрового и метрового диапазонов. Труды метрологических институтов СССР. Вып.103 (163). М., 1970. - С.86-89].
Недостатками известного устройства являются трудности обеспечения полного согласования ввиду существенного различия конфигураций замедляющей системы и согласуемых трактов, требующего наличия соединительных разъемов, вызывающих дополнительные потери на отражение волны.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является согласующий трансформатор, содержащий коаксиальную линию, внешний проводник которой имеет постоянный диаметр, а внутренний проводник состоит из двух участков разного диаметра, между которыми расположена четвертьволновая трансформирующая секция, имеющая цилиндрическую форму [Мещанов В.П., Тупикин В.Д., Чернышев С.Л. Коаксиальные пассивные устройства. Саратов, изд.-во СГУ, 1993. - С.178-192].
Недостатком известного устройства являются большие продольные геометрические размеры.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание коаксиального согласующего трансформатора с геометрическими размерами, меньшими четвертьволновой секции без ухудшения согласования в рабочей полосе частот.
Решение поставленной задачи обуславливается тем, что коаксиальный согласующий трансформатор содержит коаксиальную линию, внешний проводник которой имеет постоянный диаметр, а внутренний проводник состоит из двух участков разного диаметра, между которыми расположена четвертьволновая трансформирующая секция цилиндрической формы, выполненная в виде отрезка металлического стержня со спиральной канавкой. Диаметр стержня со спиральной канавкой, имеющего не менее трех
витков, равен большему диаметру из участков внутреннего проводника, а глубина спиральной канавки равна разности диаметров участков внутреннего проводника.
1
2
3
2
2
3
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом (фиг.1), на котором показана конструкция коаксиального согласующего трансформатора. На фиг.1 цифрой 1 обозначен внешний проводник коаксиальной линии с диаметром D, цифрами 2 и 3 -участки внутреннего проводника коаксиальной линии с диаметрами D и D соответственно, между которыми расположена трансформирующая секция 4, выполненная в виде отрезка металлического стержня со спиральной канавкой 5. Диаметр трансформирующей секции равен диаметру D, а глубина спиральной канавки: (D-D).
1
2
3
Особенностью работы коаксиального согласующего трансформатора является использование в его конструкции отрезка замедляющей системы, выполненного в виде металлического стержня 4 со спиральной канавкой 5. Электрическая длина такой трансформирующей секции 4 выбирается равной π/2, что означает равенство ее геометрической длины четверти замедленной длины волны. Волновые сопротивления отрезков согласуемых коаксиальных линий с внешним проводником диаметром D и внутренними проводниками с диаметрами D и D находятся по известным формулам [Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. М., Сов. радио, 1971. - С.478-484]:
а
a
где ε, μ - абсолютные значения диэлектрической и магнитной проницаемостей среды.
Ввиду малого сдвига фазы на период спиральной канавки, можно воспользоваться квазистатическим приближением и записать волновое сопротивление трансформирующей секции 4 в виде [Елизаров А.А., Пчельников Ю.Н. Радиоволновые элементы технологических приборов и устройств с использованием электродинамических замедляющих систем. М., Радио и связь, 2002. - С.37-41.]:
где n - коэффициент замедления отрезка стержня со спиральной канавкой.
Из анализа выражений (1)-(3) следует, что волновое сопротивление трансформирующей секции является среднеквадратичным относительно волновых сопротивлений согласуемых коаксиальных линий. При этом геометрическая длина такой секции оказывается в коэффициент замедления раз меньше длины четвертьволнового отрезка:
где λ - длина электромагнитной волны.
12
13
Из формулы (4) следует, что чем больше разница между волновыми сопротивлениями Z и Z, тем больше глубина спиральной канавки 5 в металлическом стержне и больше замедление волны. Этот факт приводит к уменьшению геометрической длины трансформирующей секции 4 по сравнению с известным устройством [2]. Условия согласования по сравнению с прототипом также не ухудшаются, поскольку не нарушается аксиальная симметрия распространяющейся электромагнитной волны, а согласуемые коаксиальные линии и трансформирующая секция являются естественным продолжением друг друга.