ВКЛАДЫШ ДЛЯ КОАКСИАЛЬНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

ВКЛАДЫШ ДЛЯ КОАКСИАЛЬНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ


RU (11) 2040081 (13) C1

(51) 6 H01P3/06

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 27.03.2008 - прекратил действие

(21) Заявка: 92016031/09
(22) Дата подачи заявки: 1992.12.30
(45) Опубликовано: 1995.07.20
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Патент ФРГ N 2256070, кл. H 01P 3/06, 1974.
(71) Заявитель(и): Научно-исследовательский институт "Домен"
(72) Автор(ы): Шагин И.С.
(73) Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт "Домен"


(54) ВКЛАДЫШ ДЛЯ КОАКСИАЛЬНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ 

Использование: в качестве опор для внутреннего проводника коаксиальной линии передачи, согласующих четверть волновых трансформаторов и рассогласователей. Сущность изобретения: между внутренним и внешним проводниками коаксиальной линии передачи установлены элементы из диэлектрического материала. Каждый элемент выполнен в виде пластины с поперечным сечением в форме трапеции. Смежные пластины соединены между собой боковыми гранями. Приведена формула для расчета величины диэлектрической проницаемости материала пластин. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в коаксиальных трактах СВЧ.

Диэлектрические вкладыши, размещаемые между наружным и внутренним проводниками коаксиальной линии передачи, могут использоваться в качестве опор для внутреннего проводника линии, согласующих четвертьволновых трансформаторов и рассогласователей с заданным КСВН. Во всех этих случаях для обеспечения заданного уровня согласования необходимо точно знать величину волнового сопротивления (Z) участка коаксиальной линии, содержащего диэлектрический вкладыш. Z определяется диаметрами наружного (D) и внутреннего (d) проводников участка линии, содержащих этот вкладыш, и действующим (эквивалентным) значением диэлектрической проницаемости (э ) в области размещения диэлектрика.

Известно

Z ln (1)

При выбранных D и d для обеспечения заданного необходимо обеспечить соответствующее значение э с достаточной точностью. Известны методы расчета слоистых структур диэлектриков в форме кольца, соосного с линией. Точный расчет э для диэлектрических вкладышей (шайб) сложной формы не представляется возможным, так как значение э в различных радиальных направлениях для этих конструкций разное, зависящее от формы шайбы. Способы точного определения интегрального значения э для этих конструкций (например, треугольной или звездообразной формы) не известны.

В общем случае отверстия могут быть заполнены диэлектриком с любой диэлектрической проницаемостью, отличающейся от диэлектрической проницаемости материала, так как формула для точного расчета

э (2) где n 1,2. номера слоев диэлектрика;

п диэлектрическая проницаемость n-го слоя диэлектрика;

dn и dn+1 соответственно внутренний и наружный диаметры n-го слоя диэлектрика, справедлива при любых n.

Выбором соответствующих значений d и n может быть обеспечено требуемое э и Z участка линии, поэтому такая конструкция принципиально может быть использована для создания опор, согласующих трансформаторов и рассогласователей.

К недостаткам конструкции относится необходимость выполнения отверстий и особенно элементов их заполнения в виде дугообразных элементов (частей кругового кольца). Но так как многие диэлектрические материалы СВЧ выпускаются только в виде пластин сравнительно небольшой толщины, то изготовление из них дугообразных элементов (или цилиндров) не всегда возможно (особенно для линий больших диаметров), что ограничивает возможность применения этих материалов, усложняет конструкцию и технологию изготовления.

Задачей является обеспечение возможности создания вкладыша в виде опор, согласующих трансформаторов и рассогласователей, выполняемых из пластин диэлектрика, а техническим результатом обеспечение заданного значения волнового сопротивления участка коаксиальной линии, содержащего вкладыш, составленный из этих пластин. Для этого диэлектрические пластины, образующие вкладыш, имеют в поперечном сечении форму трапеций, боковые стороны которых совпадают с радиусами окружности поперечного сечения линии, образующими центральные узлы, сумма которых равна 2 а диэлектрическая проницаемость каждой пластины и расстояние от точек пересечения оснований трапеции с радиусами выбраны из соотношения

э (3) где л и xi- диэлектрические проницаемости материала соответственно заполнения линии и диэлектрических пластин;

аi и bi расстояния от оси коаксиальной линии до точек пересечения соответственно меньшего и большего оснований трапеции с любым из радиусов окружности поперечного сечения линии;

i 1, 2 таким образом, чтобы значение э было равно заданному в пределах всех центральных углов. При этом в соответствии с выражением (1) обеспечено заданное значение Z.

Для упрощения расчетов конструкций и технологии изготовления пластины соединены между собой так, что образуют правильную призму или правильную усеченную пирамиду, расположенную соосно с проводниками линии.

Для расширения диапазона изменения э при использовании диэлектрических пластин малой толщины они соединены между собой таким образом, что образуют звездообразную призму или усеченную пирамиду. В предлагаемых конструкциях сохраняется возможность охлаждения проводников потоком воздуха.

Установлено, что диэлектрическая пластина (или отверстие в диэлектрике), поперечное сечение которой имеет форму трапеции, а боковые стороны совпадают с радиусами, сохраняет в любом радиальном направлении (в пределах образованного этими радиусами центрального угла) одно и то же значение эi вдоль любого радиуса Ri, т.е. одно и то же э в пределах всего центрального угла.

На чертеже представлена конструкция с произвольным расположением диэлектрических пластин 1-4, расположенных между проводниками коаксиальной линии с внутренним диаметром d и наружным диаметром D, поперечное сечение, где х1, х2, х3 диэлектрические проницаемости пластин 1, 2, 3; R1-Rn радиусы окружности поперечного сечения линии.

Все пластины имеют в поперечном сечении форму трапеций, боковые стороны которых совпадают в радиусами Ri. Каждый центральный угол, образованный этими радиусами, содержит хотя бы одну диэлектрическую пластину, сумма этих центральных углов равна 2 радиан, л xi. В верхней полуокружности представлен случай произвольного расположения пластин с разным значением хi, требуемое значение э обеспечивается соответствующим выбором аi, bi и хi. В нижней полуокружности пластины с одинаковым хi соединены между собой и образуют многогранник, требуемое значение э обеспечивается выбором соответствующих аi и bi.

В верхней полуокружности представлен диэлектрический вкладыш, составленный из пластин с диэлектрической проницаемостью х, образующих в любом поперечном сечении правильный многоугольник. В нижней полуокружности представлен диэлектрический вкладыш, составленный из пластин с той же диэлектрической проницаемостью х, имеющих меньшую толщину и образующих в любом поперечном сечении многоугольник звездообразной формы. И в том, и в другом случае вкладыш может иметь форму призмы или усеченной пирамиды с отверстием той же формы. При этом значение э будет одним и тем же для вкладышей, представленных на верхней и нижней полуокружностях.

Рассмотрим четырехугольник А1В1А2В2, представляющий собой поперечное сечение диэлектрической пластины с двумя параллельными гранями и диэлектрической проницаемостью х, размещенной в центральном угле, ограниченном радиусами R1-Rn так, чтобы боковые грани пластины совпали с радиусами R1 и Rn. Так как А1Аn B1Bn, то четырехугольник А1В1АnBn трапеция.

Для радиуса, например, R2 выражение (2) при 1 л; 2 х; d1= d2; d2 А2О; d3 B2О; d4 D можно записать

эi (4)

Но из подобия треугольников ОВ1В2 и ОА1А2 (общий угол, В1В2 А1А2) следует



Точно также доказывается равенство

(5)

где аi, bi расстояния от точки О до точек пересечения любого радиуса с основаниями трапеции для любого центрального угла.

Таким образом, в пределах рассматриваемого центрального угла значение э будет одним и тем же в любом радиальном направлении, т.е. одним и тем же для всего центрального угла, содержащего диэлектрическую пластину. Поэтому трапециевидная и дугообразные формы поперечного сечения диэлектрической пластины оказываются эквивалентными (с точки зрения обеспечения заданного э).

Действительно в дугообразных (кольцевых) структурах конструкции-прототипа диаметры дуг остаются постоянными в пределах одного и того же центрального угла ( соnst). В предложенной конструкции расстояния аi и bi изменяются, но так как при этом изменяется и угол, под которым радиус Ri пересекает основания трапеций, то в результате имеет = const.

Из выражения (4) с учетом равенства (5) можно получить

(6) т.е. для пластин с разными значениями хi (пластины 1-4) всегда могут быть найдены соответствующие аi и bi, обеспечивающие заданное значение э для всего участка линии с диэлектриком, т.е. имеем эi э const, откуда следует справедливость выражения (3) для всего вкладыша и возможность обеспечения заданного Z в соответствии с выражением (1).

Для практического использования наиболее целесообразны вкладыши, составленные из одинаковых пластин диэлектрика так, чтобы они образовали правильные многогранники или многогранники, имеющие в поперечном сечении форму звезды. При этом многогранники могут быть либо призмой (основания одинаковые), либо усеченной пирамидой (основания не одинаковые). Во всех случаях в любом поперечном сечении должно выполняться равенство (6), т.е. и (3). При звездообразной форме оснований многогранника заданное значение э можно получить при использовании пластин меньшей толщины, чем в правильных многогранниках за счет большего угла наклона пластины к радиусу (увеличивается эффективная толщина пластины). Изменяя количество вершин (лучей) звезды, можно в достаточно широких пределах изменять э.Одно и то же значение э в звездообразной конструкции можно получить при меньших толщинах диэлектрических пластин ( соnst для верхней и нижней полуокружности). Технологически более удобны вкладыши в виде призмы, однако принципиально они могут быть выполнены и в виде усеченной пирамиды (в этом случае плоскости пластин, образующих вкладыш, не параллельны).

Предлагаемая конструкция дает широкие возможности для создания конкретных конструкций опор, согласующих трансформаторов и рассогласователей, так как обеспечивает заданное значение эффективной диэлектрической проницаемости для диэлектрического вкладыша, составленного из пластин диэлектрика, и изменения этого значения в достаточно широких пределах возможны за счет выбора толщины пластин, их расстояния от оси линии, числа граней и формы вкладыша, что позволяет использовать диэлектрики СВЧ, выпускаемые только в виде пластин. При этом обеспечиваются более широкая возможность в выборе диэлектрических материалов, большая технологичность и простота конструкции по сравнению с прототипом, возможность изменения э в широких пределах при использовании одного и того же типоразмера диэлектрика.

Для подтверждения возможности осуществления предложенной конструкции рассмотрим конструкцию диэлектрического рассогласователя для линии с воздушным заполнением ( л 1) сечением 35 х 15 мм. Диэлектрический материал пластины из микалекса ( х 6,5). Если выполнять вкладыш в виде правильной призмы, вписанной в линию (аi d, bi D), то, изменяя число граней (К) призмы, можно получить различные значения э. Например, э 1,18 при К 3, э 2 при К 4, э= 3,36 при К 6, э 4,3 при К 8. Технологически изготавливать такие призмы достаточно просто, при этом такой вкладыш помимо функции рассогласователя выполняет при всех значениях К еще и функции опоры для внутреннего проводника. 

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. ВКЛАДЫШ ДЛЯ КОАКСИАЛЬНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ, содержащий элементы из диэлектрического материала, размещенные между внутренним и внешним проводниками коаксиальной линии внутри пространств, ограниченных центральными углами, сумма которых равна 2 и имеющих в поперечном сечении форму трапеций, боковые стороны которых совпадают с радиусами, образующими центральные углы, отличающийся тем, что каждый элемент из диэлектрического материала выполнен в виде пластины, при этом величина диэлектрической проницаемости материала каждой пластины и расстояния от продольной оси коаксиальной линии до точек пересечения радиусов с меньшим и большим основаниями трапеции выбраны из соотношения



где D внутренний диаметр внешнего проводника коаксиальной линии;

d наружный диаметр внутреннего проводника коаксиальной линии;

э величина эквивалентной диэлектрической проницаемости вкладыша в пределах всех центральных углов;

л величина диэлектрической проницаемости материала заполнения коаксиальной линии;

xi величина диэлектрической проницаемости материала i-й пластины (i 1, 2, 3),

ai, bi расстояния от продольной оси коаксиальной линии до точек пересечения радиуса соответственно с меньшим и большим основаниями трапеции i-й пластины.

2. Вкладыш по п.1, отличающийся тем, что каждая пластина соединена своей боковой гранью с соответствующей боковой гранью смежной пластины.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru