Результат интеллектуальной деятельности: Волноводная нагрузка

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано как оконечная нагрузка в волноводных трактах с высоким уровнем мощности.

Известна СВЧ-нагрузка, содержащая объемный поглотитель, плоская поверхность которого совмещена с плоской поверхностью кососрезанного волновода, причем размеры плоской поверхности поглотителя превышают размеры плоской поверхности кососрезанного волновода [Патент RU 2438215, Н01Р 1/26, заявл. 2010 г., опубл. 2011 г.].

Недостатками приводимого технического решения являются:

- конструктивно-технологическая сложность реализации СВЧ-нагрузки, связанная с дополнительными технологическими операциями в цикле изготовления (электроэрозия, пайка);

- необходимость применения специальной технологической оснастки для позиционирования кососрезанного металлического волновода на разных операциях изготовления (фрезеровка, сборка);

- высокая стоимость, связанная с высокой трудоемкостью изготовления СВЧ-нагрузки;

- малая пригодность для крупносерийного производства.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению является волноводная нагрузка, в которой поглотитель клинообразной формы установлен в прямоугольный волновод с охлаждающими ребрами [И.П. Бушминский - Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства. - М.: Высшая школа, 1974 г., с. 177, рис. 3.4]. Недостатками прототипа являются:

- повышенное переходное тепловое сопротивление волноводной нагрузки, связанное с неизбежными зазорами между поглотителем и прямоугольным волноводом;

- высокая технологическая сложность изготовления при выполнении профиля поглотителя и прямоугольного волновода;

- высокая стоимость, связанная с высокой трудоемкостью изготовления волноводной нагрузки;

- малая пригодность для крупносерийного производства.

Перед авторами стояла задача создания волноводной нагрузки, лишенной данных недостатков.

Техническим результатом заявляемой волноводной нагрузки является повышение технологичности изготовления за счет упрощения конструкции и уменьшение трудоемкости.

Технический результат достигается за счет того, что в волноводную нагрузку, содержащую прямоугольный волновод и поглотитель, ортогонально прямоугольному волноводу дополнительно введен отрезок прямоугольного волновода с короткозамкнутыми выходами, узкие стенки которого параллельны узким стенкам прямоугольного волновода, при этом первая широкая стенка отрезка прямоугольного волновода соединена с выходом прямоугольного волновода с помощью элемента согласования, выполненного в виде перехода переменной высоты, а вторая широкая стенка отрезка прямоугольного волновода совмещена с поглощающей поверхностью поглотителя.

Элемент согласования может быть выполнен в виде ступенчатого или плавного перехода.

Поглотитель может быть выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда.

Поглотитель помещен в экран, электрически связанный с отрезком прямоугольного волновода.

Экран может быть выполнен в виде радиатора или фланца.

Волноводная нагрузка может быть выполнена в виде набора плит с углублениями и отверстиями, образующих при объединении прямоугольный волновод, отрезок прямоугольного волновода, элемент согласования и экран.

Заявляемая волноводная нагрузка обладает совокупностью существующих признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна" для изобретения.

Заявляемая волноводная нагрузка, 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 приведен общий вид волноводной нагрузки с применением элемента согласования в виде плавного перехода (разрез вдоль продольной оси, параллельный узким стенкам прямоугольного волновода);

- на фиг. 2 приведена конструкция волноводной нагрузки с применением элемента согласования в виде ступенчатого перехода и экрана в виде фланца (разрез вдоль продольной оси, параллельный узким стенкам прямоугольного волновода, аксонометрия);

- на фиг. 3 приведена конструкция волноводной нагрузки с применением элемента согласования в виде ступенчатого перехода и экрана в виде радиатора (разрез вдоль продольной оси, параллельный узким стенкам прямоугольного волновода, аксонометрия).

Волноводная нагрузка состоит из отрезка прямоугольного волновода 1 с короткозамкнутыми выходами, первая широкая стенка которого соединена с прямоугольным волноводом 2 с помощью элемента согласования 3, выполненного в виде перехода переменной высоты (например, в виде ступенчатого или плавного перехода), вторая широкая стенка отрезка прямоугольного волновода 1 совмещена с поглощающей поверхностью поглотителя 4, узкие стенки отрезка прямоугольного волновода 1 параллельны узким стенкам прямоугольного волновода 2.

Устройство работает следующим образом:

Электромагнитная волна, поступающая на вход прямоугольного волновода 2, проходит через элемент согласования 3, выполненный в виде перехода переменной высоты (например, в виде ступенчатого или плавного перехода), и далее поступает в отрезок прямоугольного волновода 1, в котором при взаимодействии с поглотителем 4 затухает, преобразуясь в тепловую энергию. Согласование волноводной нагрузки по КСВН обеспечивается за счет выбора оптимальных размеров элемента согласования 3. Параметры поглотителя 4 и толщины стенок отрезка прямоугольного волновода 1 выбираются из условия превышения потерь на поглощение в нагрузке по сравнению с потерями на излучение. При необходимости обеспечения меньшего уровня излучения без увеличения размеров нагрузки поглотитель 4 помещается в экран 5, выполненный в виде радиатора или фланца, электрически связанный с отрезком прямоугольного волновода 1. Для упрощения конструкции поглотитель 4 может иметь форму прямоугольного параллелепипеда.

Технический результат заявляемой волноводной нагрузки - повышение технологичности изготовления за счет упрощения конструкции и уменьшение трудоемкости - достигается за счет того, что при ее изготовлении используются детали, которые возможно изготовить на станках с ЧПУ за малое количество операций. Это позволяет исключить использование дополнительных специализированных технологических операций и требуемой для них технологической оснастки, максимально уменьшить использование ручного труда, что в комплексе уменьшает трудоемкость изготовления, стоимость и обеспечивает серийную пригодность. При этом конструкция волноводной нагрузки из-за отсутствия зазоров между отрезком прямоугольного волновода и поглотителем имеет низкое переходное тепловое сопротивление.

Для подтверждения правильности выбранного технического решения на предприятии был изготовлен ряд образцов волноводных нагрузок Ka-диапазона, у которых в качестве поглотителя использовалась керамическая пластина из нитрида алюминия с введенным в него мелкодисперсным порошком железа, у которых КСВН не превышает значения 1,10, долговременно рассеиваемая мощность 350 Вт, а импульсная мощность 10 кВт.

На основании произведенных испытаний можно сделать вывод, что волноводная нагрузка по своим электрическим характеристикам не уступает аналогам, но при этом имеет преимущество в конструктивно-технологическом исполнении, что подтверждает соответствие заявляемого решения критерию «промышленная применимость» для изобретения.