Многоканальный волноводный делитель

Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике как самостоятельно, так и в составе антенных решеток.

Многоканальный волноводный делитель состоит из N направленных ответвителей, объединенных единым магистральным волноводом. N ответвленных каналов ориентированы под углом к оси магистрального волновода и расположены на одной или обеих его широких стенках так, что одна из широких стенок каждого ответвленного канала является общей с частью широкой стенки магистрального волновода и в ней прорезаны наклонные щели в количестве больше двух. Ответвленные каналы, примыкающие к различным стенкам магистрального волновода, сдвинуты относительно друг друга вдоль его оси, при этом в концах ответвленных каналов, в которые направленно не ответвляется СВЧ энергия и в конце магистрального волновода установлены согласованные нагрузки. Для улучшения стабильности амплитудного распределения в широком диапазоне частот в широких стенках магистрального волновода (одной или обеих) выполнены прямоугольные отверстия, в которые установлены фольгированные с двух сторон диэлектрические пластины с рядами металлизированных сквозных отверстий, выполненных с шагом 1_ш0,03÷0,06, где -длина волны в свободном пространстве и имеющих электрический контакт с обоими слоями фольги, при этом в местах примыкания фольгированных слоев к внутренним сторонам прямоугольных отверстий обеспечен хороший электрический контакт.

Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в волноводной, антенной и СВЧ-измерительной технике как самостоятельно, так и в составе антенных решеток.

Известен многоканальный волноводный делитель [см. «Антенны и устройства СВЧ» под ред. Д.И.Воскресенского, 1972 г, г.Москва, изд. «Сов. радио», стр.52, 81], состоящий из N направленных ответвителей, объединенных единым магистральным волноводом, и имеющих N ответвленных каналов, расположенных на широкой стенке магистрального волновода. В этом волноводном делителе использованы полые волноводы (с воздушным заполнением) и достаточно толстые широкие стенки волноводных каналов (0,015÷0,05).

Основными недостатками этого известного технического решения являются:

-достаточно большие габаритные размеры и масса для устройств, выполненных на волноводах с воздушным заполнением;

-серьезные усложнения конструкции для систем с малым шагом выходных каналов, характерным для ФАР с широкоугольным сканированием, при котором приходится располагать ответвленные каналы на обеих широких стенках магистрального волновода.

Известен волноводный многоканальный распределитель [см. «Радиолокационные системы специального и гражданского назначения», 2010÷2012 гг, под ред. Ю.И.Белого, изд. «Радиотехника», Москва, 2011 г, стр.521÷530], в котором полые волноводные каналы предложено заполнять фторопластом, за счет чего удается уменьшить расстояние между ответвленными каналами и улучшить частотные характеристики направленных ответвителей.

Недостатками приведенного технического решения являются технологические сложности в обеспечении заполнения полых волноводных каналов фторопластом без воздушных зазоров, а также большая масса и пониженный КПД распределителя.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому техническому решению является «Многоканальный волноводный делитель» [см. пат.RU 2158049 Н01Р 5/18 от 23.03.1999г. авт.Винярская Н.А., Митин В.А., Позднякова Р.Д., Ястребов Б.П.], состоящий из N направленных ответвителей, объединенных единым магистральным волноводом, имеющий N ответвленных волноводных каналов, ориентированных под углом к оси магистрального волновода и расположенных на его обеих широких стенках так, что одна из широких стенок каждого ответвленного канала является общей с частью широкой стенки магистрального волновода и в ней прорезаны наклонные щели в количестве больше двух.

Недостатками приведенного технического решения являются неустойчивые амплитудные характеристики в широком диапазоне частот, сложное конструктивно-технологическое исполнение при малом шаге выходных каналов, большие габаритные размеры и масса.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в том, что многоканальный волноводный делитель, состоящий из N направленных ответвителей, объединенных единым магистральным волноводом, при этом N ответвленных каналов ориентированы под углом к оси магистрального волновода и расположены на одной или обеих его широких стенках так, что одна из широких стенок каждого ответвленного канала является общей с частью широкой стенки магистрального волновода и в ней прорезаны наклонные щели в количестве больше двух, а ответвленные каналы, примыкающие к различным стенкам магистрального волновода сдвинуты относительно друг друга вдоль его оси, при этом в концах ответвленных каналов, в которые направленно не ответвляется СВЧ энергия и в конце магистрального волновода установлены согласованные нагрузки.

Новым в предлагаемом техническом решении является то, что в широких стенках магистрального волновода (одной или обеих) выполнены прямоугольные отверстия, в которые установлены фольгированные с двух сторон диэлектрические пластины с рядами металлизированных сквозных отверстий, выполненных с шагом 1_ш0,03÷0,06, где -длина волны в свободном пространстве и имеющих электрический контакт с обоими слоями фольги, при этом в местах примыкания фольгированных слоев к внутренним сторонам прямоугольных отверстий обеспечен хороший электрический контакт.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в улучшении стабильности амплитудного распределения в широком диапазоне частот, что обеспечивается за счет использования в качестве широких стенок волноводных каналов слоев фольги толщиной, например 35 мкм, имеющихся в фольгированных с двух сторон диэлектрических пластинах, используемых для формирования ответвленных каналов. При такой толщине стенок в области связи обеспечиваются существенно меньшие уровни переходного ослабления по сравнению с полыми волноводами, в которых применяют толщины стенок 500÷1000мкм. Поэтому, при прочих равных условиях, возможно, как улучшение стабильности амплитудных характеристик многоканального волноводного делителя, так и увеличение его КПД. Снижение габаритных размеров и массы в предлагаемом техническом решении обеспечено за счет замены части стенок каналов многоканального волноводного делителя с обычных, характерных для этих устройств толщин 0,5÷1,0 мм, на слои фольги толщиной 0,035 мм и уменьшении высоты волноводных каналов до величины толщины пластин из фольгированного диэлектрика.

На фиг.1 приведено схематическое изображение многоканального волноводного распределителя:

а) с двухсторонним расположением ответвленных каналов;

б) с односторонним расположением ответвленных каналов.

Многоканальный волноводный делитель состоит из магистрального волновода 1 с установленной в нем в прямоугольное отверстие в широкой стенке (на одной или двух сторонах) фольгированной диэлектрической пластины 2 с сформированными в ней посредством сквозных металлизированных отверстий 6 ответвленнных каналов 3. В фольгированном слое диэлектрической пластины 2, примыкающем к внутренним стенкам магистрального волновода 1, выполнены элементы связи 4 путем удаления отдельных участков фольгированного слоя. В концах ответвленных каналов 3 и в конце магистрального волновода 1 установлены согласованные нагрузки 5.

Предлагаемый многоканальный волноводный делитель работает следующим образом. При подаче СВЧ-сигнала на вход магистрального волновода 1 происходит распространение его вдоль этого волновода с ответвлением части сигнала через элементы связи 4 в ответвленные каналы 3 с формированием на выходах ответвленных каналов 3 амплитудного распределения, форма которого определяется величиной переходного ослабления в элементах связи 4 в каждом ответвленном канале, при этом незначительная часть СВЧ-сигнала, определяемая расчетными и технологическими отклонениями размеров и расположения элементов связи 4 от номинальных, рассеивается в согласованных нагрузках 5.

Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого технического решения заключаются в повышении на 15÷20% стабильности амплитудного распределения в широком диапазоне частот, увеличении КПД на 5÷10% и снижении габаритных размеров и массы на 10÷15%.

Результаты практической реализации предлагаемого технического решения не вызывают сомнения, был изготовлен и исследован макет многоканального волноводного делителя, подтвердивший возможность реализации предлагаемого устройства.

Многоканальный волноводный делитель, состоящий из N направленных ответвителей, объединенных единым магистральным волноводом, имеющий N ответвленных каналов, ориентированных под углом к оси магистрального волновода, одна из широких стенок каждого ответвленного канала является общей с частью широкой стенки магистрального волновода и в ней прорезаны наклонные щели связи в количестве больше двух, отличающийся тем, что ответвленные каналы расположены либо с двух, либо с одной стороны магистрального волновода и выполнены в фольгированной с двух сторон диэлектрической пластине, устанавливаемой в сопрягаемое прямоугольное отверстие, при этом в местах примыкания фольгированного слоя диэлектрической пластины к внутренним стенкам магистрального волновода обеспечен их электрический контакт, а в диэлектрической пластине выполнены ряды сквозных металлизированных отверстий с шагом меньшим или равным 0,03÷0,06, имеющих электрический контакт с обоими слоями фольги и формирующих ответвленные каналы, в которых распространяется волна Н₁₀, - длина волны в свободном пространстве.