Уголковый изгиб волноводного тракта

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к волноводным элементам, и может быть использовано в волноводной и СВЧ-измерительной технике.

Изгибы волноводного тракта на прямоугольных волноводах бывают двух видов – уголковые и плавные. Уголковые изгибы имеют меньшие габариты, но технологически более сложные, так как имеют более жесткие размеры по сравнению с плавными изгибами.

Известен уголковый изгиб волноводного тракта, содержащий входной и выходной волноводы, расположенные под прямым углом один относительно другого, у которых стенки в плоскости изгиба совмещены, и согласующую неоднородность, отличающуюся тем, что согласующая неоднородность выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, причём одно из его рёбер совпадает с ребром, образованным наружными стенками сопряжённых волноводов, а две противоположные грани, ортогональные данному ребру, совпадают с совмещёнными стенками входного и выходного волноводов в плоскости изгиба (Патент РФ на изобретение №2435254, МПК Н01Р1/02, опубликован 27.11.2006).

Недостатки данного технического решения является то, что уголковый изгиб осуществлён только под прямым углом.

Известен уголковый волновод, содержащий: первую прямолинейную часть волновода для передачи электромагнитной волны; второй участок прямого волновода для передачи электромагнитной волны в направлении, отличном от направления передачи электромагнитной волны первого участка прямого волновода; и угловой волноводный участок, соединяющий первый и второй прямые волноводные участки, причём внешняя внутренняя стенки стенка углового волноводного участка имеет изогнутую плоскость, образованную вдоль виртуальных наклонных плоскостей, наклонённых, по меньшей мере, на три или более различных углов относительно плоскости, включающей в себя продольную ось волноводной части (Заявка на изобретение США US 20090243766A1, МПК H01P1/027, опубликована 01.10.2009).

Недостатком данного технического решения является сложность и неопределённость вида изогнутой плоскости внешней внутренней стенки углового волноводного участка, соединяющего первый и второй прямые волноводные участки.

Перед авторами стояла задача создания уголкового изгиба в Е или в Н плоскости волноводного тракта, работающего во всём диапазоне рабочих частот различных по сечению волноводов (как стандартных, так и нестандартных), с изгибом от 0 градусов до 180 градусов, с простой геометрией стенок и предельно простой методикой определения этой геометрии, имеющих полное заполнение внутреннего объёма волновода диэлектриком с любым значением относительной диэлектрической проницаемости.

Техническим результатом заявленного уголкового изгиба является упрощение его конструкции при расширении его технических возможностей (изгиба волновода под любым углом от 0 градусов до 180 градусов), универсальности применения в Н и Е плоскостях изгибов как стандартных, так и нестандартных волноводов в том числе волноводов с внутренним объёмом полностью заполненным диэлектриком с любым значением относительной диэлектрической проницаемости, простота определения геометрических размеров изгиба.

Задача решена за счёт того, что уголковый изгиб в Е или Н плоскости волноводного тракта содержит входной и выходной волноводы, расположенные под любым углом от 0 градусов до 180 градусов один относительно другого, у которых стенки в плоскости изгиба совмещены, и соединяющий их участок, который выполнен в виде наружной стенки угловой волноводной части, имеющей форму цилиндра с определённым оптимальным радиусом с центром, расположенным на биссектрисе внутреннего не скруглённого угла изгиба уголкового волновода и на оптимальном расстоянии от вершины внутреннего не скруглённого угла уголкового изгиба. Уголковые изгибы волноводного тракта более чем на 90 градусов могут быть осуществлены комбинацией из уголковых изгибов волноводного тракта от 0 градусов до 90 градусов с небольшой определённой по длине перемычкой выполненной из основного волновода.

Заявленный уголковый изгиб обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Заявленный уголковый изгиб, 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 и формул, где:

- на фиг. 1 приведены конструкции уголковых изгибов волноводных трактов в Е и Н плоскостях и обозначены элементы их составляющие, где a – это широкая сторона волновода (далее – ширина волновода), b – это узкая сторона волновода (далее – высота волновода), цифрой 1 показано сечение входного волновода, цифрой 2 – сечение выходного волновода, цифрой 3 – участок в зоне уголкового изгиба, обеспечивающий работу устройства с малым отражением и потерями во всём диапазоне рабочих частот волновода;

- на фиг. 2 приведен схематический чертеж уголкового изгиба волноводного тракта в Е-плоскости с указанием его основных геометрических характеристик при углах изгиба от 45 градусов до 90 градусов, где точка для построения окружности уголкового изгиба находится на биссектрисе угла , а угол представляет собой угол поворота уголкового изгиба волноводного тракта и образуется пересечением прямых линий, продолжающих наружные стенки входного и выходного волноводов, и находящаяся на расстоянии L₁ от внутреннего не скруглённого угла сгиба, где , где b – высота волновода, а R₁ – длина радиуса для формирования уголкового изгиба рассчитывается следующим образом: , допускается небольшое отклонение заявляемых коэффициентов в пределах 1%;

- на фиг. 3 приведен схематический чертеж уголкового изгиба волноводного тракта в Н-плоскости, с указанием его основных геометрических характеристик при углах изгиба от 0 градусов до 90 градусов, где точка для построения окружности уголкового изгиба находится на биссектрисе угла , а угол представляет собой угол поворота уголкового изгиба волноводного тракта и образуется пересечением прямых линий, продолжающих наружные стенки входного и выходного волноводов, и находящаяся на расстоянии L₂ от внутреннего не скруглённого угла сгиба, где , где a – ширина волновода, а R₂ – длина радиуса для формирования уголкового изгиба рассчитывается следующим образом: , допускается небольшое отклонение заявляемых коэффициентов в пределах 1%;

- на фиг. 4 приведен схематический чертеж уголкового изгиба волноводного тракта в Е-плоскости с указанием его основных геометрических характеристик при углах изгиба от 0 градусов до 45 градусов, где точка для построения окружности уголкового изгиба находится на биссектрисе угла , а угол представляет собой угол поворота уголкового изгиба волноводного тракта и образуется пересечением прямых линий, продолжающих наружные стенки входного и выходного волноводов, и находящаяся на расстоянии L₃ от внутреннего не скруглённого угла сгиба, где , где b – высота волновода, а R₃ – длина радиуса для формирования уголкового изгиба рассчитывается следующим образом: , допускается небольшое отклонение заявляемых коэффициентов в пределах 1%;

- на фиг. 5 приведен схематический чертеж уголкового изгиба волноводного тракта в E-плоскости или Н-плоскости, с указанием его основных геометрических характеристик при углах изгиба от 90 градусов до 180 градусов, где в область изгиба волноводного уголка введена перемычка , выполненная из основного волновода с шириной a и высотой b, расположенная центрировано на биссектрисе угла , а угол представляет собой угол поворота уголкового изгиба волноводного тракта, а длина перемычки с составляет 0,3a, где а – ширина сечения уголкового изгиба для H-уголка или 0,26b, где b – высота сечения уголкового изгиба для E-уголка, при этом перемычка выполнена из основного волновода с шириной a и высотой b, а линии изгиба уголка выполнены в форме секторов окружностей с центрами в соответствующих внутренних углах перемычки с радиусом, равным соответственно a или b, допускается небольшое отклонение заявляемых коэффициентов в пределах 1%.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитная волна, поступающая на вход волновода 1, проходит по нему и поступает в расположенный под некоторым углом к нему волновод 2. Данное устройство обладает симметрией, поэтому волноводы 1 и 2 взаимозаменяемы. Поскольку соединяющий эти волноводы участок выполнен с плавно изменяющейся специально подобранной геометрией, отражений практически не возникает. При точной реализации рекомендованных на фигурах 2, 3, 4, 5 величин размеров уголковых изгибов, отражения от уголковых изгибов волноводных трактов при оценке по параметру обратных потерь не превысят -29 дБ (КСВн ≤1.08) во всех рабочих диапазонах частот волноводных трактов. Значения величин радиуса и расстояние до центра радиуса могут корректироваться, например, из соображений технологического характера, причём как правило при увеличении радиуса приходится уменьшать расстояние.