МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ВОЛНОВОДНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ

Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности средств связи и может использоваться в волноводной, СВЧ-измерительной и антенной технике как самостоятельно, так и в составе антенных решеток.
Известен многоканальный делитель, используемый в составе системы двухстороннего последовательного возбуждения для антенной решетки [см. патент США №3906502 НКИ 343-100SA от 16.09.75 г., авт. T.E.Connolly], состоящий из N направленных ответвителей, объединенных общим магистральным волноводом, и имеющий N ответвленных каналов, расположенных на одной из его широких стенок. Каналы направленных ответвителей пересекают друг друга под углом 90° и имеют общую широкую стенку с крестообразными щелями связи в ней.
Известен многоканальный волноводный делитель [см. «Антенны и устройства СВЧ», ред Д.И.Воскресенский, 1972 г, г.Москва изд. «Сов.радио», стр.52, 81], состоящий из N направленных ответвителей, объединенных единым магистральным волноводом, и имеющий N ответвленных каналов, расположенных на широкой стенке магистрального волновода. Ответвленные каналы пересекают магистральный волновод под углом 90° и располагаются на одной из его широких стенок вплотную друг к другу. Основными недостатками этих технических решений является то, что направленные ответвители расположены только на одной из широких стенок магистрального волновода, а ответвленные каналы пересекают магистральный волновод под углом 90°, что ограничивает компоновочные возможности многоканального делителя. Такие делители имеют пониженный КПД и увеличенную габаритную длину.
Наиболее близким по своей технической сущности и конструкции к предлагаемому техническому решению является многоканальный волноводный делитель (РФ №2158049 от 23.03.1999 г., авт. Н.А.Винярская, В.А.Митин, Р.Д.Позднякова, Б.П.Ястребов), состоящий из N направленных ответвителей, объединенных единым магистральным волноводом, с N ответвленными каналами, ориентированными под углом к оси магистрального волновода и расположенными на его обеих широких стенках.
Основным недостатком этого технического решения являются пониженный КПД и увеличенная габаритная длина делителя. Недостатки обусловлены тем, что количество ответвленных каналов (выходов) многоканального волноводного делителя совпадает с количеством направленных ответвителей. В таком случае для повышения КПД делителя требуется минимальное переходное ослабление последнего ответвителя, что особенно важно для ФАР малых размеров, но проблематично в двухсторонних делителях с высоким магистральным волноводом. Габаритная длина делителя при такой конструкции увеличена из-за необходимости устанавливать в конце магистрального волновода поглощающую нагрузку.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что многоканальный волноводный делитель состоит из направленных ответвителей (НО), объединенных единым магистральным волноводом с ответвленными каналами, ориентированными под углом к оси магистрального волновода и расположенными на его обеих широких стенках так, что одна из широких стенок каждого ответвленного канала является общей с частью широкой стенки магистрального волновода, и в ней выполнены элементы связи.
1
2
1
2
Новым в предлагаемом многоканальном волноводном делителе является то, что в конце магистрального волновода параллельно его широким стенкам установлена проводящая пластина толщиной не более 0,1b, делящая магистральный волновод пополам в Е-плоскости, образуя два волновода с узкими стенками равными (1±0,2)b, каждый из которых повернут в Е-плоскости на 180° и в Н-плоскости на (180-α)° с помощью Е и Н-уголков соответственно и является дополнительным ответвленным каналом без нарушения структуры многоканального делителя в обеих плоскостях. При этом b и b - размеры узкой стенки магистрального волновода и ответвленных каналов НО многоканального делителя соответственно, а α - угол наклона ответвленных каналов НО относительно оси магистрального волновода. Размеры Е и Н-уголков выбираются из условия согласования в зависимости от сечений волноводов и заданного диапазона частот.
Технический результат предлагаемого решения заключается в достижении максимально возможного КПД многоканального волноводного делителя при любом количестве ответвленных каналов, а также в уменьшении габаритных размеров делителя. Заявляемый технический результат обеспечен тем, что вся поступившая на вход делителя СВЧ-энергия идет на излучение, при этом оконечная нагрузка не требуется, тем самым уменьшается габаритная длина делителя.
На фиг.1 показаны фрагменты прототипа (б) и предложенного многоканального волноводного делителя (а), иллюстрирующие их конструктивные особенности.
На фиг.2 приведена таблица КПД предлагаемого многоканального делителя и его прототипа в диапазоне частот.
Многоканальный волноводный делитель состоит из магистрального волновода 1, направленных ответвителей 2, пластины 3, 180° Е-уголков 4, (180-α)° Н-уголков 5, согласованных нагрузок 6.
Сравнение КПД предлагаемого делителя и прототипа в диапазоне частот ±4,3% проводилось на примере 16-ти канального делителя со спадающим амплитудным распределением. Номинал последнего НО прототипа и предлагаемого делителя - 5дБ. Расчет проводился по энергетической программе без учета шаговых потерь.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
СВЧ-энергия, поданная на вход многоканального делителя, проходя по магистральному волноводу 1, поочередно ответвляется всеми направленными ответвителями 2 и поступает на выходы ответвленных каналов. Оставшаяся в магистральном волноводе часть СВЧ-сигнала, которая в прототипе терялась в оконечной нагрузке, делится пластиной 3 пополам, проходит через Е и Н-уголки 4 и 5 и поступает на выходы вновь образованных ответвленных каналов - двух последних каналов делителя, выходы которых соответствуют структуре волноводного делителя в обеих плоскостях. Размеры Е и Н-уголков выбираются из условия согласования в зависимости от сечений волноводов и заданного диапазона частот.
Технико-экономические преимущества предлагаемого решения по сравнению с прототипом заключаются в увеличении КПД и сокращении габаритной длины многоканального волноводного делителя. Особенно существенны преимущества для антенных решеток с малой апертурой, состоящих из делителей с небольшим количеством выходных каналов, где КПД в значительной степени зависит от номинала последнего НО.
Результаты практической реализации предложенного конструктивно-технического решения не вызывают сомнения. Проведенное математическое моделирование подтверждает преимущества многоканального волноводного делителя предложенной конструкции в части электрических характеристик. Техпроцесс пайки в солях многослойной тонкостенной конструкции освоен.