Коаксиально-волноводный переход

Полезная модель относится к волноводной технике, предназначена для передачи электромагнитной энергии СВЧ диапазона от коаксиальной линии к цилиндрическому резонатору и обеспечения герметичности резонатора. Техническая сущность полезной модели: коаксиально-волноводный переход, содержащий отрезок коаксиальной линии, и элемент связи не замкнутый на стенку резонатора. Пространство между проводниками коаксиальной линии заполнено диэлектрическим материалом, обеспечивающим постоянное значение волнового сопротивления и герметичность резонатора. Элемент связи, являющийся продолжением центрального проводника коаксиальной линии, обеспечивает согласование коаксиальной линии с резонансной камерой.

Полезная модель является устройством для передачи энергии электромагнитного поля сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона от коаксиальной линии к веществу, заполняющему цилиндрический резонатор, путем возбуждения в цилиндрическом резонаторе колебаний типа Б₀₁₀ и обеспечение герметичности цилиндрического резонатора.

Полезная модель относится к технике СВЧ и используется для передачи энергии электромагнитного поля СВЧ диапазона от коаксиальной линии передачи к цилиндрическому резонатору. Являясь согласующим элементом между волноводной системой, заполненной, как правило, воздухом, и резонансной камерой, заполненной реакционной средой, коаксиально-волноводный переход (КВП) также обеспечивает герметичность резонансной камеры в месте подключения.

Коаксиально-волноводный переход (фиг.1) представляет собой отрезок коаксиальной линии с переменным сечением внутреннего и внешнего проводников. Сечения проводников изменяются таким образом, что бы обеспечивать постоянное значение волнового сопротивления на всей длине перехода, равное волновому сопротивлению подключаемой коаксиальной линии. Пространство между проводниками заполнено различными диэлектрическими материалами (различные виды керамики, фторопласт), относительная диэлектрическая проницаемость которых не более 10, тангенс угла диэлектрических потерь меньше 0.001, относительная магнитная проницаемость равна 1.

К входу перехода подключается коаксиальный волновод, работающий на основном типе волны (чисто бегущая волна типа ТЕМ). КВП устанавливается перпендикулярно оси цилиндрического резонатора на боковой стенке, либо соосно на торцевой стенке резонатора. Для преобразования ТЕМ волны в волну типа Е₀₁₀ используется специальный элемент связи, расположенный на продолжении центрального проводника КВП, покрытого слоем диэлектрика. Геометрический центр элемента связи находится на центральной оси цилиндрического резонатора. Элемент связи имеет несколько модификаций формы (шар, капля, эллипс, цилиндр и др.), которая подбирается экспериментально в зависимости от диэлектрических свойств веществ, заполняющих цилиндрический резонатор и геометрических параметров резонатора.

Принцип работы предложенного коаксиально-волноводного перехода основан на возбуждении волны псевдо-ТЕМ в отрезке передающей линии, которая образована продолжением центрального проводника коаксиального волновода и располагается перпендикулярно оси резонатора. Часть центрального проводника, находящаяся внутри резонатора, покрыта слоем диэлектрического материала. Центральный проводник в резонаторе заканчивается элементом связи, расположенном на центральной оси резонатора. Диэлектрический материал, покрывающий продолжение центрального проводника коаксиальной линии, обеспечивает уменьшение отражения от вещества, заполняющего резонатор. Элемент связи располагается в области максимальной напряженности электрического поля цилиндрического резонатора, что обуславливает возникновение сильной емкостной связи. Волна псевдо-ТЕМ возбуждает СВЧ-токи в элементе связи, которые обеспечивают существование в отрезке резонатора поля Е₀₁₀, структура которого не зависит от длины резонатора, а резонансная частота определяется диаметром и диэлектрическими свойствами вещества, заполняющего резонатор.

Специальная форма элемента связи обеспечивает дополнительную реактивность индуктивного характера, которая компенсирует имеющуюся емкостную реактивность.

Изготовленный коаксиально-волноводный переход (фиг.1) имеет волновое сопротивление 300 м, элемент связи (5) выполнен в виде шара, диаметр которого подбирается экспериментально в зависимости от вещества заполняющего цилиндрический резонатор. Диэлектрический материал (фторопласт) 2 обеспечивает герметичность резонатора и постоянство волнового сопротивления КВП. Шайба 6 изготавливается из специальной высокопрочной радиопрозрачной керамики и обеспечивает уплотнение для предотвращения деформации диэлектрика 2 (в данном случае фторопласта). Диаметры внешнего 3 и внутреннего 1 проводников рассчитываются из соотношения:

, где Z - волновое сопротивление коаксиальной линии,

- относительная диэлектрическая проницаемость материала между внутренним и внешним проводниками,

D - внутренний диаметр внешнего проводника,

d - внешний диаметр внутреннего проводника.

Разъемное соединение 7 обеспечивает возможность быстрого подключения (отключения) коаксиальной линии, потери в соединении 7 не превышают 1% от проходящей мощности. Фланец 4 предназначен для крепления КВП к цилиндрическому резонатору.

1. Коаксиально-волноводный переход, содержащий отрезок коаксиальной линии и элемент связи не замкнутый на стенку цилиндрического резонатора, отличающийся тем, что отрезок коаксиальной линии устанавливается на продольной стенке цилиндрического резонатора перпендикулярно его оси, элемент связи выполнен в виде шара и установлен на продолжении центрального проводника коаксиальной линии, при этом геометрический центр элемента связи располагается на центральной оси цилиндрического резонатора, а часть центрального проводника между коаксиальной линией и элементом связи покрыта слоем диэлектрического материала, который заполняет пространство между внешним и внутренним проводниками коаксиальной части.

2. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что элемент связи выполнен в виде тела каплевидной формы.

3. Коаксиально-волноводный переход по п.1, отличающийся тем, что геометрический центр элемента связи смещен относительно центральной оси цилиндрического резонатора к боковой стенке на расстояние, равное четверти длины волны в резонаторе.