УГОЛКОВЫЙ ИЗГИБ ВОЛНОВОДНОГО ТРАКТА
CORNER BEND OF WAVEGUIDE DUCT

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к волноводным элементам, и может быть использовано в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике.
Изгибы волноводного тракта на прямоугольных волноводах бывают двух видов - уголковые и плавные. Уголковые изгибы имеют меньшие габариты, но технологически более сложные, так как имеют более жесткие размеры по сравнению с плавными.
Известен волновод с одинарным 90° уголковым изгибом в Н-плоскости, содержащий два одинаковых взаимно ортогональных отрезка регулярного металлического прямоугольного волновода, первая пара узких стенок которых образует внутреннее ребро, перпендикулярное широким стенкам, а вторая пара узких стенок соединена перемычкой, расположенной под углом 135° к этим стенкам, при этом между широкими стенками изгиба перпендикулярно им вставлен цилиндрический металлический стержень, ось которого расположена в плоскости симметрии изгиба, проходящей через внутреннее ребро и середину перемычки, причем расстояние от внутреннего ребра до середины перемычки составляет (0,9…1,1)α, где α - ширина широкой стенки волновода, расстояние от середины перемычки до ближайшей к ней точки поверхности цилиндрического металлического стержня - (13/16…15/16)α, а диаметр цилиндрического металлического стержня (1/32…2/32)α (Патент РФ на полезную модель №16044, МПК H01P 1/02, 2000).
Недостатками данного технического решения являются:
- конструктивная сложность и нетехнологичность;
- одинаковое сечение входного и выходного волноводов;
- уголковый изгиб осуществим только в H-плоскости.
Известен волноводный уголок, содержащий входной и выходной волноводы, расположенные под прямым углом один относительно другого, в которых из одного в другой распространяется СВЧ-сигнал основной моды и у которых узкая стенка входного волновода совмещена с широкой стенкой выходного волновода, и два отражателя, один из них - плоский отражатель входного волновода - наклонен под углом (130÷140)° к его узкой стенке, а другой отражатель установлен так, что одна его грань совпадает с широкой стенкой входного волновода, а другая - с совмещенной стенкой входного и выходного волноводов, причем плоский отражатель входного волновода имеет длину (0,7÷0,95)a1, где a1 - размер широкой стенки входного волновода, а другой отражатель выполнен в виде четырехгранной прямой призмы (Патент РФ на изобретение №2267192, МПК H01P 1/02, 2004).
Недостатками данного технического решения являются:
- конструктивная сложность и нетехнологичность;
- невозможность поворота волноводного тракта только в E- или в H-плоскости.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является волноводный изгиб с согласующей неоднородностью в виде сорокапятиградусного скоса в E- либо H-плоскости (Справочник конструктора РЭА: Компоненты, механизмы. надежность. / Н.А.Барканов, Б.Е.Бердичевский, П.Д.Верхопятницкий и др.; Под ред. Р.Г.Варламова. - М.: Радио и связь, 1985, с.224, рис.7.58).
Эти устройства обладают следующими недостатками:
- конструктивная сложность и нетехнологичность;
- одинаковое сечение входного и выходного волноводов.
Перед авторами стояла задача создания уголкового изгиба волноводного тракта, лишенного перечисленных недостатков.
Техническим результатом заявленного уголкового изгиба является упрощение его конструкции при расширении его технических возможностей.
Задача решена за счет того, что уголковый изгиб волноводного тракта содержит входной и выходной волноводы, расположенные под прямым углом один относительно другого, у которых стенки в плоскости изгиба совмещены, и согласующую неоднородность, которая выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, причем одно из его ребер совпадает с ребром, образованным наружными стенками сопряженных волноводов, а две противоположные грани, ортогональные данному ребру, совпадают с совмещенными стенками входного и выходного волноводов в плоскости изгиба.
Согласующая неоднородность выполняет функцию трансформатора сечений двух прямоугольных волноводов в плоскости уголкового изгиба.
Согласующей неоднородностью осуществлено согласование двух волноводов, хотя бы один из которых имеет радиальное сопряжение боковых стенок.
Хотя бы одна грань согласующей неоднородности имеет сопряжение по радиусу с совмещенными стенками входного и выходного волноводов в плоскости изгиба.
Заявляемый уголковый изгиб обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.
Заявляемый уголковый изгиб, по мнению заявителя 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 приведена конструкция уголкового изгиба волноводного тракта в E-плоскости;
- на фиг.2 - характеристики неоднородности при уголковом изгибе волноводного тракта в E-плоскости;
- на фиг.3 - конструкция уголкового изгиба волноводного тракта в Н-плоскости;
- на фиг.4 - характеристики неоднородности при уголковом изгибе волноводного тракта в H-плоскости;
- на фиг.5 - одна из возможных реализаций данных изгибов, при которой один из волноводов имеет радиальное сопряжение боковых стенок (разрез вдоль оси волноводов, параллельной их узким стенкам);
- на фиг.6 - вид на волновод, имеющий радиальное сопряжение боковых стенок.
Уголковый изгиб волноводного тракта содержит входной волновод 1, выходной волновод 2 и согласующую неоднородность 3.
Устройство работает следующим образом.
Электромагнитная волна, поступающая на вход волновода 1, проходит по нему и поступает в ортогональный ему волновод 2. Данное устройство обладает симметрией, поэтому волноводы 1 и 2 взаимозаменяемы. Для компенсации реактивности, образованной местом сопряжения волноводов, установлена согласующая неоднородность 3, имеющая реактивность, равную по величине, но отличающуюся по знаку. При сложении отраженных сигналов от этих реактивностей они взаимно компенсируются, в результате чего достигается согласование двух ортогональных волноводов.
При изготовлении уголкового изгиба между волноводами различного сечения в плоскости поворота размеры согласующего прямоугольного параллелепипеда подбираются экспериментально для достижения необходимого согласования.
При изготовлении согласующей неоднородности, например, методом фрезеровки, существует возможность ее формирования в процессе изготовления волноводного тракта. При этом необходима коррекция размеров неоднородности для компенсации отклонений геометрии неоднородности, связанной с технологией ее изготовления, например - компенсация скругления прямых углов.
Для проверки правильности принятых технических решений на предприятии изготовлен ряд СВЧ-устройств, в которых в качестве уголковых изгибов волноводного тракта применялись данные уголковые изгибы.
На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация предлагаемого технического решения, по которой изготовлено несколько изделий. В результате их испытаний достигнуто согласование волноводов, различающихся сечением каналов в плоскости поворота более чем в 3 раза при уменьшении трудоемкости изготовления по сравнению с прототипом до 10 раз, что подтверждает соответствие критерию «промышленная применимость» для изобретения.