[1]Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как аттенюатор с фиксированным затуханием при измерениях в волноводных трактах с высоким уровнем мощности.
[2]Известны фиксированные поглощающие аттенюаторы [1] для волноводов с объемным поглощающим сопротивлением. Аттенюатор представляет отрезок волноводной трубы с фланцами, внутри которой установлено поглощающее сопротивление.
[3]Недостатками их конструкции являются:
[4]- сложная форма поглотителя, требующая для своего изготовления не менее сложную оправку, что приводит к увеличению затрат на ее производство;
[5]- наличие клеевых или воздушных зазоров между поглотителем и волноводом, увеличивающих переходное тепловое сопротивление;
[6]- неуказанные электрические характеристики: КСВН и неравномерность коэффициента передачи в диапазоне частот волновода.
[7]Наиболее близким к заявленному техническому решению является волноводный аттенюатор [2], принятый за прототип, содержащий отрезок прямоугольного волновода и объемное поглощающее сопротивление, отличающийся тем, что объемное поглощающее сопротивление выполнено в виде основной прямоугольной призмы, плоскость основания которой сопряжена с плоскостью одной из широких стенок прямоугольного волновода, ширина основания равна ширине прямоугольного волновода, а высота меньше высоты прямоугольного волновода, при этом основная призма хотя бы с одной из сторон, параллельной поперечному сечению прямоугольного волновода, сопряжена с согласующим элементом в виде дополнительной прямоугольной призмы, конструктивно объединенным с основной призмой и выполненным из материала основной призмы, при этом плоскость основания дополнительной призмы совпадает с плоскостью сопряжения основной призмы с волноводом, ширина основания равна ширине прямоугольного волновода, а высота дополнительной призмы меньше высоты основной призмы.
[8]Недостатками данной конструкции являются:
[9]- технологические сложности при изготовлении профиля поглотителя;
[10]- необходимость дополнительной обработки поглотителя при настройке на фиксированное затухание.
[11]Техническим результатом заявляемого СВЧ-аттенюатора является уменьшение КСВН и неравномерности коэффициента передачи в полосе частот волновода, плавное изменение электрической прочности, а также возможность настройки затухания в небольших пределах при конструктивном и технологическом упрощении.
[12]Технический результат достигается тем, что СВЧ-аттенюатор содержит металлический прямоугольный волновод, поглотитель и экран. Волновод выполнен с высотой b узкой стенки и шириной а широкой стенки, в котором образованы два сопряженных друг с другом идентичных плавных перехода длиной L переменной высоты, уменьшающейся до b2. Поглощающая поверхность каждого перехода совмещена с поглощающей поверхностью поглотителя шириной s, расположенной на одной из широких стенок волновода, а отражающая поверхность перехода расположена на противоположной широкой стенке, при условии s<a, α=arctg((b-b2)/L), где α угол наклона перехода. Поглощающая поверхность поглотителя может быть выполнена в виде прямоугольника, причем его ширина s находится в пределах 0.6а≤s≤0.7а.
[13]Для уменьшения КСВН все стенки одного из плавных переходов могут быть металлизированы, но при этом длина топологии аттенюатора увеличится вдвое.
[14]Два идентичных плавных перехода позволяют плавно изменять электрическую прочность аттенюатора и упростить его изготовление.
[15]Высота b2 плавных переходов определяет начальное затухание аттенюатора до настройки.
[16]При настройке затухания фрезеруют место сопряжения плавных переходов, увеличивая высоту b2, что позволяет уменьшить начальное затухание до требуемого.
[17]Угол наклона α=arctg((b-b2)/L) перехода влияет на КСВН аттенюатора. Для получения КСВН<1.1 угол α может находиться в пределах 0°≤α≤6°. При α=0° наклонная поверхность перехода становится плоской, а сам переход вырождается в прямоугольный волновод.
[18]Для простоты изготовления поглощающая поверхность перехода расположена на плоской широкой стенке волновода и совмещена с поглощающей поверхностью поглотителя, что позволяет использовать поглотитель простой формы: прямоугольный параллелограмм, и выбирать ширину s поглотителя без жесткой привязки к ширине а широкой стенки волновода.
[19]Для получения минимальной неравномерности коэффициента передачи и равномерного распределения СВЧ-энергии в объеме поглотителя ширина s поглощающей поверхности поглотителя должна находиться в пределах 0.6а≤s≤0.7а в зависимости от параметров материала поглотителя: диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ.
[20]Предлагаемая конструкция СВЧ-аттенюатора поясняется чертежами.
[21]На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого СВЧ-аттенюатора, где: металлический волновод - 1, поглотитель - 2, экран - 3, плавный переход - 4.
[22]На фиг. 2 представлена конструкция предлагаемого СВЧ-аттенюатора по п. 3.
[23]На фиг. 3 представлены оптимизированные топологии 10 дБ СВЧ-аттенюаторов с фиксированной длиной поглотителя: а - конструкция фиг. 1, б - конструкция фиг. 2.
[24]На фиг. 4 представлены графики КСВН в диапазоне частот 26-40 ГГц для топологий фиг. 3.
[25]На фиг. 5 представлены графики коэффициента передачи S21 в диапазоне частот 26-40 ГГц для топологий фиг. 3.
[26]На фиг. 6 представлены зависимости коэффициента передачи S21 от высоты b2 плавного перехода на частоте 35 ГГц для топологий фиг. 3.
[28]Волновод 1 выполнен из меди прямоугольным. Корпус волновода 1 выполнен из двух частей, разделенных по широкой стенке и соединенных винтами. Высота узкой стенки b=3.4 мм, ширина широкой стенки а=7.2 мм. В корпусе выполнены два сопряженных друг с другом идентичных плавных перехода 4. Каждый плавный переход 4 имеет длину L=17 мм, высота уменьшается до b2=2.26 мм, а угол наклона α≈3.8°. На плоской широкой стенке перехода расположен поглотитель 2 так, что его поглощающая поверхность совмещена с плоскостью широкой стенки. Поглотитель 2 выполнен в форме прямоугольного параллелограмма из корундо-титанатной керамической пластины КТ-30 длиной 2L=34 мм и высотой 2 мм. Ширина поглощающей поверхности поглотителя 2 s=4.5 мм. Поглотитель 2 помещен в экран 3, выполненный из меди, и закреплен в нем электропроводным клеем или пайкой. Пример соответствует топологии фиг. 3а.
[29]Предлагаемый СВЧ-аттенюатор работает следующим образом.
[30]Электромагнитная волна, распространяясь в прямоугольном волноводе 1, попадает в канал первого плавного перехода 4 переменной высоты. Падая на поглощающую поверхность поглотителя 2, электромагнитная волна затухает, преобразуясь в тепловую энергию, которая отводится через экран 3 на систему охлаждения. Непоглощенная часть энергии электромагнитной волны попадает в канал второго плавного перехода 4 переменной высоты, где процесс ее поглощения и преобразования в тепловую энергию с отводом тепла происходит так же, как и в первом переходе 4.
[31]Возможность реализации предлагаемого изобретения проверена расчетным путем на топологиях СВЧ-аттенюаторов, представленных на фиг. 3, с фиксированной длиной L и шириной s поглотителя.
[32]Графики КСВН (фиг. 4) топологий СВЧ-аттенюаторов показывают, что конструкция фиг. 3б имеет лучшее согласование (КСВН<1,02) по сравнению с конструкцией фиг. 3а, но достигается этот результат вдвое большей длиной топологии аттенюатора. Однако увеличение длины аттенюатора может оказаться удобным для монтажа габаритной системы охлаждения.
[33]Графики коэффициента передачи S21 (фиг. 5) топологий СВЧ-аттенюаторов показывают низкий уровень его неравномерности (ΔS21=0,15…0,2 дБ) в полосе частот волновода, что говорит о широкополосности аттенюатора.
[34]Графики зависимости коэффициента передачи S21 от высоты b2 плавного перехода на частоте 35 ГГц (фиг. 6) показывают возможность настройки S21 в диапазоне более 10 дБ.
[35]Экспериментальные 10-дБ СВЧ-аттенюаторы с волноводным каналом [7.2×3.4] общей длиной 5 см, у которых в качестве поглотителя использовалась корундо-титанатная керамическая пластина КТ-30 высотой 2 мм, позволили получить КСВН менее 1,1.
[36]Применяя поглотители, выполненные из других поглощающих материалов, и корректируя ширину s поглощающей поверхности поглотителя и высоту перехода b2, можно использовать СВЧ-аттенюатор на низкий, средний и высокий уровни мощности.
[38]1. И.П. Бушминский. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства. - М.: Высшая школа, 1974 г., с. 182, рис. 3.6.
[39]2. Заявка №2012147432/08 РФ, МПК Н01Р 1/26. Волноводный аттенюатор. - Заявл. 07.11.12; опубл. 20.05.14, Бюл. №14.
