направленный ответвитель

Формула изобретения

Направленный ответвитель, содержащий два прямоугольных волновода, ориентированных под углом 90^o друг к другу и имеющих общий участок широкой стенки с областью связи в нем, отличающийся тем, что область связи выполнена из узких наклонных к осям волноводов щелей, имеющих длину (0,1 - 0,4) и размещенных в двух рядах, при этом щели различных рядов, стоящие напротив друг друга, попарно параллельны, одинаковы и расположены на равном расстоянии по обе стороны от осевой линии в одном из волноводов на расстоянии _в/4 друг от друга, где _в - длина волны в другом волноводе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнической промышленности средств связи и может использоваться в волноводной, СВЧ-измерительной и антенной технике.

Известны различные виды волноводных направленных ответвителей с перекрещивающимися каналами и общей широкой стенкой: с двумя крестообразными [1], наклонными прямоугольными [2,3], Т-образными и др. щелями в ней. Среди этих устройств наиболее близок по конструкции и основной технической сущности к предлагаемому направленному ответвителю "Микроволновый ответвитель с пересекающимися волноводами" [3] , принятый нами за прототип, содержащий два прямоугольных волновода, ориентированных под углом 90^o друг к другу и имеющих общий участок широкой стенки со щелями связи в ней и дополнительными реактивностями вблизи щелей.

Однако в таком ответвителе не удается реализовать малое переходное ослабление Ln < 10 дБ (большую связь) без ухудшения КСВ, направленности и стабильности Ln в диапазоне частот. Этот недостаток наиболее отчетливо проявляется когда направленный ответвитель выполнен на основе высоких волноводов (в 0,3-0,4 ), так как для получения большой связи в нем приходится применять длинные щели, являющиеся большой неоднородностью в регулярном волноводе. Помимо ухудшения указанных электрических характеристик это приводит к существенному снижению электропрочности [4]. Кроме того, принятые в прототипе [3] меры по улучшению параметров ответвителя: использование Т-образных щелей и дополнительных реактивностей в волноводных каналах вблизи области связи - заметно усложняют конструкцию и технологию его изготовления.

Таким образом, наиболее серьезными недостатками "Микроволнового ответвителя с пересекающимися волноводами" [3], принятого за прототип, являются:

1) высокий КСВ, низкая направленность и плохая стабильность переходного ослабления в диапазоне частот при больших связях;

2) низкая электропрочность;

3) сложность конструкторско-технологического исполнения при использовании Т-образных щелей с дополнительными реактивностями.

В предлагаемом направленном ответвителе эти недостатки удается преодолеть и обеспечить следующие положительные качества:

1) малый КСВ ответвителя с большими связями в заданном диапазоне частот за счет использования коротких щелей (при одновременном увеличении их количества) и соответствующего взаимного расположения;

2) высокую направленность при любой структуре одинаковых рядов щелей за счет выполнения расстояния между рядами ~_в/4;

3) улучшенную электропрочность за счет увеличения числа щелей, через которые СВЧ-мощность ответвляется в другой волновод;

4) стабильное переходное ослабление (Ln) в диапазоне частот за счет использования только коротких щелей (l=0,1-0,4 ), имеющих малое изменение Ln в диапазоне частот;

5) реализовать перечисленные в п.п. 1-4 положительные качества без усложнения конструкции и технологии изготовления.

Сущность изобретения заключается в использовании многощелевой топологии области связи, включающей большое количество коротких щелей, размещенных в двух одинаковых рядах на расстоянии _в/4 друг от друга.

На фиг.1 изображен предлагаемый направленный ответвитель.

На фиг.2 - график зависимости амплитуды и фазы поля, возбуждаемого щелью в ответвленном канале, от координат щели.

На фиг.3 - результаты экспериментального исследования предлагаемого направленного ответвителя.

Сущность изобретения поясняется чертежом общего вида (фиг.1). Предлагаемый направленный ответвитель содержит два пересекающихся под углом 90^o волновода 1 и 2, имеющих общую широкую стенку 3, в которой выполнены два ряда (5 и 6) узких наклонных щелей, расположенные на равном расстоянии по обе стороны от оси OO" волновода 1, при этом осевые линии рядов ориентированы параллельно оси OO", а щели наклонены под углами _i к этой оси. Расположение щелей внутри каждого ряда может быть произвольным, но щели различных рядов, стоящие напротив друг друга, попарно одинаковы и имеют одинаковый наклон.

В другом волноводе 2 упомянутые ряды смещены относительно друг друга вдоль оси на расстояние x = _в/4, где _в - длина волны в волноводе 2.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем: СВЧ-сигнал, подаваемый на вход волновода 1 ответвляется в канал 2 через щели, расположенные в двух рядах: 5 и 6. Известно, что амплитуды и фазы СВЧ-сигналов, ответвляемых через одиночную наклоненную щель на выход 4 (A⁺, ⁺), и амплитуды на выходе 7 (А^-) не зависят от координаты (x,z) щели (см. фиг.2а, б), в то время как фаза СВЧ-сигнала в канале 7 (^-) для любого значения z меняется в зависимости от координаты x по закону, показанному на фиг.2в. Переходное ослабление направленного ответвителя можно определить по формуле



где - амплитуды СВЧ-сигналов, сформированных на выходе 4 щелями 5-го и 6-го рядов соответственно.

Так как количество, расположение и размеры щелей в обоих рядах одинаковы, то формируемые ими сигналы равны между собой, что позволяет направить практически весь ответвленный сигнал в канал 4

- при этом амплитуда сигнала в канале 7 близка к нулю;

- что соответствует условию реализации НО с максимальной направленностью.

Судя по формуле (1), переходное ослабление и его изменение в диапазоне частот определяются в 1-ю очередь диапазонными свойствами отдельных щелей связи (A_i(f)). Для коротких щелей А_i слабо зависит от частоты по сравнению с длинными щелями. Поэтому использование в предлагаемом НО только коротких щелей позволяет стабилизировать переходное ослабление в диапазоне частот. Одновременно достигается эффект снижения КСВ, поскольку коэффициент отражения от коротких щелей существенно меньше, чем от длинных.

Ответвление СВЧ-мощности через увеличенное (по сравнению с прототипом [3] ) количество щелей позволяет даже при малом переходном ослаблении (большой связи) пропускать через отдельную щель относительно небольшой уровень СВЧ-мощности, что в совокупности со снижением КСВ способствует увеличению электропрочности ответвителя в целом.

И наконец, в предлагаемом направленном ответвителе улучшение электрических характеристик достигается без усложнения его конструкции и технологии изготовления. Такой ответвитель, например, может быть выполнен на основе самых современных технологий, таких как штамповка, пайка в солях с последующей рихтовкой прямых и свободных от настроечных элементов каналов.

Результаты испытания 10-щелевого двухрядного направленного ответвителя (по 5 одинаковых, наклоненных под углом = 45^o щелей, длиной (0,1-0,35) в каждом ряду) с сечением волновода 1 0,640,15 и волновода 2 - 0,8750,375, приведены на фиг.3.

Литература

1. "Optimized Crossed Slot Directional Coupler" W. A. Geoffrey Voss, The mi crowane journal, may, 1963.

2. Пат. США N 3537037, кл.333-11, H 01 P 5/12, опубл. 27.10.70 "СВЧ направленный ответвитель, выполненный на основе пересекающихся волноводов".

3. Пат. Англии N 1272538, H 1 W, H 01 P 5/14, опубл. 3.05.72, "Микроволновый ответвитель с пересекающимися на основе волноводами", автор Харлес Томас Брумбауг.

4. Райцын Д. Г. Электрическая прочность СВЧ-устройств. М.: Сов. радио, 1977, с. 76.