Свч-нагрузка
Изобретение относится к области электротехники, в частности к сверхвысокочастотной радиотехнике, и может быть использовано в качестве согласованной мощной СВЧ-нагрузки. Техническим результатом изобретения является увеличение рассеиваемой мощности и расширение рабочей полосы частот СВЧ-нагрузки. Поставленная задача достигается тем, что гребневой волновод выполнен из металла с низкой проводимостью, величина воздушного зазора в гребневом волноводе составляет менее 0,1 высоты гребневого волновода, причем коэффициент затухания по ее длине изменяется по закону: α=10lg(n/(n-1)), где n - число поглощающих секций, а требуемое затухание поглощающих секций подчиняется описанной в формуле зависимости, где выбор ширины гребня соответствующей секции и ширины поглощающих секций обеспечивает равномерное рассеяние мощности вдоль нагрузки. 1 ил.
Реферат
Предлагаемое изобретение относится к сверхвысокочастотной радиотехнике и может быть использовано в качестве согласованной мощной СВЧ-нагрузки.
Известна нагрузка для высокого уровня мощности СВЧ (АС №357633), представляющая собой волноводную клиновидную нагрузку, в корпусе которой выполнены отверстия, предназначенные для подачи охлаждающего воздуха для охлаждения поглощающего материала воздушным потоком.
Недостатком данной нагрузки является сложность конструкции и необходимость принудительного обдува поглощающего материала.
Известна сверхвысокочастотная нагрузка, содержащая отрезок СВЧ-линии с пластинами из металла с низкой электрической проводимостью (АС №585794, прототип).
Пластины выполнены из электротехнической стали с окисным слоем на поверхности, расположены в плоскости электрического вектора СВЧ-поля, снабжены отверстиями и собраны в пакет, образуя отрезок линии.
Недостатком известной нагрузки является то, что в ней затруднен теплообмен как между пластинами, так и между пластинами и наружными теплорассеивающими поверхностями. Не оптимизирована мощность, рассеиваемая поглощающим клином.
Кроме того, известная нагрузка обладает недостаточным согласованием и ограниченной широкополосностью ввиду наличия отражений от неоднородностей, образованных пластинами из электротехнической стали, а также низкого погонного затухания.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение рассеиваемой мощности и расширение рабочей полосы частот.
Поставленная задача достигается тем, что гребневой волновод выполнен из металла с низкой проводимостью, величина воздушного зазора гребневого волновода составляет менее 0,1 его высоты, причем коэффициент затухания по его длине изменяется по закону:
α=10lg(n/(n-1))
где n - число секций поглощающего клина, а требуемое затухание каждой поглощающей секции
α=8,68((πλкр/λ2b1)+Q)/√((λкр/λ)2-1)
где
Q={{q-r)2πq2/r2[tg(πγ/k)+πγ/ksec(πγ/k)]+(q-r)/qk(B')}tg2(2πδ1/k)+4π2/ksec(2πδ1/k)}/a1k{2q/t[tg(πγ/k)+πγ/ksec2(πγ/k)]tg2(2πδ1/k)-2tg(2πδ1/k)+4πδ1/ksec2(πδ1/k)};
q=b1/2C1;
γ=a2/a1;
k=λкр/a1;
r=b2/b1;
δ1=(1-a2/a1);
B'=B0/Y0=ctg[π(a1-a2)/λкр]-b1tg(πa2/λкр)/b2;
δ - глубина проникновения тока;
а1 - ширина волновода вне гребня;
а2 - ширина гребня;
b1 - высота гребневого волновода;
b2 - величина воздушного промежутка;
λ - длина волны;
λкр - критическая длина волны гребневого волновода;
достигается выбором ширины гребня соответствующей поглощающей секции.
Суть технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид СВЧ-нагрузки.
Мощная цельнометаллическая СВЧ-нагрузка содержит волновод 1, гребневой волновод 2, например П- или Н-волновод. Согласование волновода 1 с гребневым волноводом 2 осуществляет переход 3.
Использование гребневого волновода 2, являющегося сверхширокополосным элементом и выполняющего роль поглощающего элемента, существенно улучшает согласование и расширяет полосу рабочих частот заявляемой нагрузки.
В отличие от прототипа, конструкция предлагаемого устройства обеспечивает увеличение рассеиваемой СВЧ-мощности, а также расширение рабочей полосы частот.
Предлагаемое устройство (фиг.1) работает следующим образом. Поданная на вход нагрузки СВЧ-мощность переходом 3 преобразуется в основную волну гребневого волновода, соответствующую, например, волне H01 прямоугольного волновода.
В гребневом волноводе СВЧ-мощность распространяется вдоль волновода, выполненного из металла с низкой проводимостью, наводит на поверхностях его стенок и особенно гребня токи, проникающие на глубину, обратно пропорциональную σ (где σ - проводимость слабо проводящего металла стенок), нагревает их. Низкая проводимость металла обуславливает повышенное проникновение токов, т.е. приводит к повышенному погонному затуханию гребневого волновода.
Этой же цели способствует пониженная величина воздушного зазора гребневого волновода.
Нагрев металла стенок способствует ионизации воздуха внутри нагрузки и может привести к ее пробою.
Для того чтобы этого избежать, следует оптимизировать распределение мощности вдоль поглощающего клина, в идеале - сделать его равномерным.
Для обеспечения равномерного распределения рассеиваемой мощности по длине поглощающего клина, волновод должен иметь переменное сечение, например переменную ширину.
Разобьем поглощающий клин на n секций, каждая из которых характеризуется своей шириной гребневого волновода. Равномерное рассеяние мощности вдоль нагрузки реализуется при условии, что коэффициент затухания по ее длине изменяется по закону:
α=10lg(n/(n-1)).
Этого можно добиться выбором параметра а2 (ширина гребня), поскольку затухание гребневого волновода определяется соотношением:
α=8,68((πλкр/λ2b1)+Q)/√((λкр/λ)2-1), Дб/м,
где
Q={{q-r)2πq2/r2[tg(πγ/k)+πγ/ksec(πγ/k)]+(q-r)/qk(B')}tg2(2πδ1/k)+4π2/ksec(2πδ1/k)}/a1k{2q/t[tg(πγ/k)+πγ/ksec2(πγ/k)]tg2(2πδ1/k)-2tg(2πδ1/k)+4πδ1/ksec2(πδ1/k)};
q=b1/2C1;
γ=a2/a1;
k=λкр/a1;
r=b2/b1;
δ1=(1-a2/a1);
В'=В0/Y0=ctg[π(a1-a2)/λкр]-b1tg(πa2/λкр)/b2;
δ - глубина проникновения тока;
а1 - ширина волновода вне гребня;
а2 - ширина гребня;
b1 - высота гребневого волновода;
b2 - величина воздушного промежутка;
λ - длина волны;
λкр - критическая длина волны гребневого волновода;
В связи с этим, в отличие от прототипа, конструкция предлагаемого устройства способна рассеивать большую мощность.
Что касается существенности отличий, то в рамках доступных автору материалов не обнаружены признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого объекта.
СВЧ-нагрузка, содержащая волновод, гребневой волновод, состоящий из n поглощающих секций переменной ширины и одинаковой высоты, переход с волновода на гребневой волновод, отличающаяся тем, что гребневой волновод выполнен из металла с низкой проводимостью, величина воздушного зазора гребневого волновода составляет менее 0,1 его высоты, причем коэффициент затухания по его длине изменяется по закону:α=10*lg(n/(n-1)),где n - число секций поглощающего клина, а требуемое затухание каждой поглощающей секцииα=8,68((πλкр/λ2b1)+Q)/√((λкр/λ)2-1),гдеQ={{q-r)2πq2/r2[tg(πγ/k)+πγ/ksec(πγ/k)]+(q-r)/qk(B')}tg2(2πδ1/k)+4π2/ksec(2πδ1/k)}/a1k{2q/t[tg(πγ/k)+πγ/ksec2(πγ/k)]tg2(2πδ1/k)+4πδ1/ksec2(πδ1/k)};q=b1/2C1;γ=a2/a1;k=λкр/a1;r=b2/b1;δ1=(1-a2/a1);B'=B0/Y0=ctg[π(a1-a2)/λкр]-b1tg(πa2/λкр)/b2;δ - глубина проникновения тока;а1 - ширина волновода вне гребня;а2 - ширина гребня;b1 - высота гребневого волновода;b2 - величина воздушного промежутка;λ - длина волны;λкр - критическая длина волны гребневого волновода;достигается выбором ширины гребня соответствующей поглощающей секции.