[1]Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) радиотехники и может быть использовано в волноводной измерительной, антенной технике, приемных и передающих устройствах СВЧ.
[2]Известна конструкция короткозамыкающей волноводной нагрузки на волноводе прямоугольного сечения [И.В. Лебедев. Техника и приборы СВЧ, 1970], взятая за прототип. Эта нагрузка представляет собой отрезок прямоугольного волновода, завершающийся короткозамыкающей стенкой с одной из сторон. Расстояние от открытой части волноводного канала до стенки часто выбирается равным четверти длины волны в волноводном тракте, что необходимо в согласовании различных СВЧ устройств. Такой тип нагрузки используется для получения в тракте волны идентичной с исходной по амплитуде и фазе, но противоположной по направлению. Этот прототип имеет следующий недостаток: фаза отраженной волны идентична исходной только в одной точке полосы частот волноводного тракта, что приводит к ограничению рабочей полосы частот до 10-20%.
[3]Целью изобретения является реализация полного синфазного отражения волны нагрузкой в широкой полосе частот (до 66%) в прямоугольных волноводных трактах с диэлектрическим заполнением.
[4]Для достижения указанной цели предлагается запредельная волноводная нагрузка (ЗВН), состоящая из отрезка прямоугольного волновода и короткозамыкающей стенки.
[5]Согласно изобретению, нагрузка используется в волноводных трактах с диэлектрическим заполнением, отрезок волновода выполнен запредельным и имеет длину не менее 2/5 длины волны на наивысшей частоте рабочей полосы частот.
[6]Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемой запредельной волноводной нагрузки из литературы неизвестны, поэтому она соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
[7]На фиг.1 показана структурная схема устройства.
[8]На фиг.2 показаны возможные схемы подключения нагрузки к волноводному тракту с диэлектрическим заполнением.
[9]На фиг.1 изображены: отрезок запредельного прямоугольного волновода (1) длиной а и котороткозамыкающая стенка (2).
[10]Цель достигается благодаря полному синфазному отражению попадающей в ЗВН волны в объеме отрезка запредельного волновода (1) длиной а не менее 2/5 длины волны на наивысшей частоте рабочей полосы частот. Незначительные не отраженные запредельным волноводом (1) остатки энергии отражаются короткозамыкающей стенкой (2) во избежание утечек энергии из тракта.
[11]Принцип работы устройства заключается в отражении входной TE волны в объеме отрезка запредельного волновода (1). Для работы данной нагрузки используется волна H10, распространяющаяся в прямоугольном волноводе с диэлектрической постоянной среды, большей, чем в ЗВН, сечения идентичного сечению ЗВН. Длина нагрузки обусловлена принципом отражения волны в объеме запредельного волновода.
[12]Широкая полоса частот устройства обеспечивается тем, что отражение в объеме запредельного волновода почти не зависит от частоты. Согласно уравнениям Максвелла [И.В.Лебедев. Техника и приборы СВЧ. 1970], волну в прямоугольном волноводе, опуская множитель e-j(ωt-βz), можно разложить на составляющие:
[13]{Ey=−Dωπasin(πax)Hx=Dβπμμ0asin(πax),(1)Hz=−jDπ2μμ0a2cos(πax)Ex=Hy=Ez=0
[14]где Ex, Ey, Ez - составляющие электрического поля в волноводном канале,
[15]Hx, Hy, Hz - составляющие магнитного поля в волноводном канале,
[16]ω=2πf - круговая частота,
[17]β - продольное волновое число,
[18]µ - магнитная постоянная среды,
[19]µ0 - магнитная постоянная вакуума,
[20]a - ширина большей стенки сечения прямоугольного волноводного канала,
[21]D - некоторая величина, в общем случае зависящая от мощности.
[22]β2=k2−π2(m2a2+n2b2),k2=ω2εε0μμ0,(2)
[23]где k - постоянная распространения волны,
[24]ε - диэлектрическая постоянная среды,
[25]ε0 - диэлектрическая постоянная вакуума,
[26]a - ширина широкой стенки сечения прямоугольного волноводного канала,
[27]b - ширина узкой стенки волноводного канала,
[28]m и n - целые числа Hmn, для волны H10-m=1, а n=0.
[29]При переходе волны из входного тракта в объем отрезка запредельного прямоугольного волновода, согласно уравнению (2), значение β становится мнимым. В этом случае амплитуда Hx становится мнимой. Это рождает волну, идентичную по фазе и обратную по направлению.
[30]Фаза волны, отраженной от ЗВН, крайне слабо зависит от частоты в пределах рабочей полосы частот прямоугольного волноводного тракта с диэлектрическим заполнением. Это позволяет считать ЗВН слабо зависимой от частоты в пределах данной задачи.
[31]Таким образом, изобретение обеспечивает увеличение рабочей полосы частот по сравнению с прототипом.
[32]На фиг.2 изображены возможные схемы подключения нагрузки: А - соосно входному волноводному тракту, Б - перпендикулярно входному волноводному тракту со стороны широкой стенки, В - перпендикулярно входному волноводному тракту со стороны узкой стенки, где ВТ - входной волноводный тракт с диэлектрическим заполнением, ЗВН - запредельная волноводная нагрузка.
