Разработка компактных соосных коаксиально-волноводных переходов для волноводов нестандартного сечения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка компактных соосных коаксиально-волноводных переходов для волноводов нестандартного сечения

Б.М. Кац1, В.П.Мещанов1, К.А.Саяпин2

1ООО НПП «Ника-СВЧ», Саратов, Российская Федерация

2Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Российская Федерация

Аннотация

коаксиальный волноводный канал сечение

Предложена конструкция соосных ступенчатых коаксиально-волноводных переходов для волноводных каналов нестандартного сечения (уменьшенной высоты). Высокий уровень согласования обеспечивается за счет согласующей полости и ступенчатого трансформатора сопротивлений на основе П-волновода. Компактность конструкции достигается посредством использования отрезков П-волновода, длина которых значительно меньше четверти длины волны.

Ключевые слова: коаксиально-волноводный переход; П-волновод; волноводы нестандартных сечений.

Development of compact end-launched coaxial-to-waveguide transitions for non-standard cross-section waveguides

B. M. Kats1, V.P. Meschanov1, K.A. Sayapin2

1NIKA-Microwave, Ltd., Saratov, Russian Federation

2 Saratov State University named after N.G. Chernyshevsky, Saratov, Russian Federation

Abstract. Proposed design of end-launched coaxial-to-waveguide transitions for waveguide of (уменьшенной высоты) non-standard cross-section. A high level of matching is provided by the matching cavity and a step transformer of impedance based on single-ridged waveguide.

Keywords: coaxial-to-waveguide transitions; single-ridged waveguide; non-standard cross-section waveguides.

Коаксиально-волноводные переходы (КВП) широко используются в приемо-передающей и измерительной аппаратуре СВЧ-диапазона [1]. Среди многообразия конструкций КВП (рис. 1) представляют интерес переходы индуктивного типа (рис. 1, в, г), в которых внутренний проводник коаксиального соединителя находится в гальваническом контакте с волноводом. Преимуществом КВП такого типа является то, что их коаксиальные соединители могут быть изготовлены без использования твердых диэлектриков. Это позволяет повысить устойчивость при работе устройства на высоких уровнях мощности.

Все множество конструкций КВП можно разделить на две категории в зависимости от взаимного расположения коаксиального и волноводного каналов: уголковые (каналы расположены под прямым углом, рис 1, а-в) и соосные (каналы расположены на одной оси, рис. 1, г).

Рис. 1. Типы коаксиально-волноводных переходов: с емкостной (а, б) и индуктивной (в, г) связью.

К широкополосным относятся соосные коаксиально-волноводные переходы (рис. 1, г) с согласующим трансформатором сопротивлений в виде четвертьволновых отрезков П-волновода c различными размерами выступов [3, 4]. В качестве трансформатора типа волны используется полость, образованная зазором между короткозамыкающей стенкой, через которую осуществляется ввод центрального проводника коаксиальной линии, и первым отрезком П-волновода. Обычно величина зазора крайне мала, что вызывает технологически трудности реализации и высокую чувствительности к допускам. Кроме того, для обеспечения приемлемого согласования в широком диапазоне частот (более 25%) требуется значительное число (n>3) отрезков П-волновода, что приводит к значительной длине КВП.

Практический интерес представляет исследование КВП для волноводных каналов уменьшенной высоты (a>4b, где a и b - широкая и узкая стенки соответственно), применяемых в трактах СВЧ бортовой РЭА с уменьшенными массой и габаритами [2]. В данной работе предлагается конструкция коаксиально-волноводного перехода для волноводов уменьшенной высоты, отличительной чертой которой является использование согласующей структуры на основе соединения отрезков П-волновода с различными длинами и дополнительной согласующей полости, сечение которой отличается от сечения прямоугольного волноводного канала.

Конструкция и результаты моделирования

Общий вид модели КВП с волноводного канала сечением 61х10 мм на коаксиальную воздушную линию сечением 7/3,04 мм приведен на рисунке 2.

а

б

Рис. 2. Общий вид коаксиально-волноводного перехода (а) и вид в продольном разрезе (б): 1 - коаксиальная линия передачи с воздушным заполнением, 2 - согласующая полость, 3 - согласующая пятиступенчатая секция из отрезков П-волновода различной длины, 4 - отрезок регулярного прямоугольного волновода.

Трансформатор типа волны образован зазором между короткозамыкающей стенкой и продольным выступом первого отрезка П-волновода и прямоугольной полостью, смещенной вниз относительно оси волновода.

При решении задачи параметрического синтеза использовались симплексный метод оптимизации (метод Нелдера-Мида) и метод доверительных областей, реализованные в современном пакете электродинамического моделирования. Вектор варьируемых параметров включал в себя размер согласующей полости lc и hc, длины l1, l2, l3, l4, l5 и размеры h1, h2, h3, h4, h5, w выступов отрезков П-волновода, причем ширина w выступов одинакова для всех отрезков. В качестве начальных приближений использовались данные, полученные с использованием материалов, приведенных в [2]. По такой методике были разработаны КВП для двух волноводных каналов различного сечения. Результаты синтеза приведены в таблице 1. Оптимальные значения длин отрезков П-волновода близки к лg/8, где лg - длина волны на центральной частоте рабочего диапазона. Электрические параметры КВП 61х10, полученные в результате электродинамического моделирования, приведены на рисунке 3.

Таблица 1 - Электрические параметры коаксиально-волноводных переходов

а

б

Рис. 3. Частотные характеристики КВП 61х10: обратные потери (а), прямые потери (б).

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что КВП представленной конструкции позволяют обеспечить приемлемое согласование коаксиальной линии передачи и волновода уменьшенной высоты в широком диапазоне частот (равном рабочей полосе соответствующего волновода). Использование в согласующей структуре отрезков П-волновода длиной, близкой к лg/8, позволяет не менее чем в 1,5 раза уменьшить длину элемента согласования КВП по сравнению с конструкциями, базирующимися на четвертьволновых отрезках волноводов.

Заключение

Предложена конструкция компактного соосного коаксиально-волноводного перехода, реализованного в виде ступенчатого трансформатора на основе П-волновода, длина ступеней которого значительно меньше четверти длины волны, с согласующим зазором и смещенной относительно оси волновода полостью. Коаксиально-волноводный переход такой топологи позволяет обеспечить требуемое согласование волноводов нестандартного сечения (уменьшенной высоты) с коаксиальной линией передачи в широком диапазоне частот.

Литература

1. Мейнке Х., Гундлах Ф.В. Радиотехнический справочник. Т. 1. М.: Гос. энергетическое изд-во, 1960. - 250 с.

2. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. М.: Советское радио, 1967. - 652 с.

3. Cano J.L., Mediavilla A. Octave bandwidth in-line rectangular waveguide-to-coaxial transition using oversized mode conversion // Electronics Letters. 2017. Vol. 53, No. 20. - PP. 1370-1371.

4. Durga M., Tomar S., Singh S., Suthar L. Millimeter wave in-line coaxial-to-rectangular waveguide transition // IEEE Applied Electromagnetics Conference. 2011. - PP. 200-203.

References

1. Meinke H. and Gundlach F. V. Radio-Engineering Handbook. Vol. 1. Gos. Йnerget. Izd., Moscow, 1960. - 250 p.

2. Feldstein, A. L., Yavich, L. R. and Smirnov, V. P. Handbook on waveguide technology elements. Moskow, Russia: Sovetskoe Radio Publ, 1967. - 652 p.

3. Cano J.L., Mediavilla A. Octave bandwidth in-line rectangular waveguide-to-coaxial transition using oversized mode conversion // Electronics Letters. 2017. Vol. 53, No. 20. - PP. 1370-1371.

4. Durga M., Tomar S., Singh S., Suthar L. Millimeter wave in-line coaxial-to-rectangular waveguide transition // IEEE Applied Electromagnetics Conference. 2011. - PP. 200-203.

Размещено на Allbest.ru