КВАЗИОПТИЧЕСКИЙ СЕКЦИОННЫЙ ВОЛНОВОДНЫЙ ПЕРЕХОД СУБМИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

June 30, 2012 by admin Комментировать »

Киселев В. К., Мизрахи С. В. Институт радиофизики и электроники Национальной академии наук Украины ул. Академика Проскуры, 12, Харьков 61085, Украина e-mail: kiseliov@ire.kharkov.ua

Аннотация Представлены результаты разработки и исследования секционного волноводного перехода (СВП), предназначенного для сопряжения квазиоптического тракта, выполненного на основе линии передачи вида “полый диэлектрический лучевод” (ПДП), с широкодиапазонным оптикоакустическим приемником (ОАП). СВП обеспечивает передачу электромагнитной энергии от ПДП к ОАП в широком диапазоне частот 600 900 ГГц с достаточно малыми потерями при существенном (до 23%) сокращении длины перехода по сравнению с соответствующим линейным переходом при сохранении технологичности и экономичности.

I.    Введение

В работах [1], [2] был предложен, теоретически исследован и экспериментально апробирован принцип построения и расчета оптимальных секционных волноводных переходов (СВП) для квазиоптических (КО) линий передачи класса “полый диэлектрический волновод” (ПДВ) [3].

Целью данной работы является создание и исследование квазиоптического СВП, построенного на предложенном принципе и предназначенном для сопряжения круглого ПДВ вида «полый диэлектрический лучевод» (ПДП) [4] с широкодиапазонным оптико-акустическим приемником (ОАП).

II.   Основная часть

Для проведения указанного исследования были разработаны и изготовлены четыре идентичных по форме и размерам экспериментальных образца СВП. Каждый СВП рассчитывался на передачу энергии основной моды НЕ-п от круглого ПДП с диаметром волноведущего канала 20 мм к аналогичному ПДЛ с диаметром волноведущего канала 6 мм. ПДЛ диаметром 20 мм является одной из базовых линий передачи, используемых для построения КО трактов различных устройств и систем субмиллиметрового диапазона волн [4]. ПДЛ диаметром 6 мм непосредственно сопрягается с ОАП, входная апертура которого также имеет диаметр 6 мм. В качестве рабочего был принят диапазон длин волн 0,3 0,5 мм.

Образцы СВП изготавливались методом литья по модели В качестве литейных форм использовались отрезки ПДЛ соответствующей длины, снабженные присоединительными фланцами. В каждый отрезок ПДЛ поочередно вставлялась литейная модель, центрируемая концевыми центрирующими шайбами, после чего заливалась рабочая смесь.

Благодаря простоте геометрической формы модели, имеющей вид тела вращения, состоящего из трех последовательно соединенных линейных усеченных конусов, различающихся углами наклона образующих, изготовление литейной модели не представляло трудностей. Модель изготавливалась из дюралюминия на обычном токарном станке с последующей шлифовкой и полированием до получения необходимого 7-8 класса шероховатости. После заливки рабочей смеси и ее затвердевания модель извлекалась из формы и использовалась для изготовления следующего образца СВП.

Материал, используемый для отливки (гипс марки Г-6 с добавлением буры и клея ПВА для повышения ударопрочности отливок), имеет следующие электромагнитные характеристики: е’~4, tg6 ~ 0.1, //=//’=1.

На рис.1 схематически представлена конструкция СВП, соединяющего ПДЛ с приемником типа ОАП-5.

Рис. 1. Схема экспериментального макета Fig.1. Experimental prototype

Расчет СВП осуществлялся в соответствии с формулами, приведенными в [1]. В качестве исходных параметров использовались следующие: D0 = 6 мм, D„ = 20 мм, (q = D0 /D„ = 0,3), Лт|п = 0.3 мм, £ = 4, tg б = 0.1, п = 3. В Табл.1 приведены значения основных геометрических параметров секций СВП.

Таблица 1.

т

1т, ММ

Dm , ММ

Фт’ град.

1

108

10,7

1,2

2

156

15,3

0,9

3

203

20,0

0,7

Здесь срт угол наклона образующей т-й конической секции относительно оси СВП.

Общая длина СВП составила 467 мм.

Для экспериментального исследования использовался комплект КО радиоизмерительной аппаратуры общего применения [4]. Измерение потерь в образцах СВП осуществлялось методом замещения с помощью переменной меры калиброванного ослабления в качестве которой использовался КО поляризационный аттенюатор. Погрешность измерений оценивалась по известным формулам [4]. В качестве источника излучения в коротковолновой части рабочего диапазона длин волн СВП использовался газоразрядный HCNлазер [К-0,337 мм).

На рис. 2 нанесены результаты расчета (сплошная линия) и усредненных измерений (точка) потерь в СВП. Для сравнения приведены также теоретические кривые, рассчитанные для соответствующего линейного перехода (п=1) и идеального параболического перехода (п=°°).

Рис. 2. Теоретические и экспериментальные зависимости потерь в СВП от длины волны

Fig. 2. Theoretical and experimental losses of the SWT depending on the wavelength

Следует отметить, что указанные характеристики получены при существенном сокращении размеров СВП по сравнению с линейным переходом. Длина последнего должна была бы составить 610 мм, что на 143 мм или на 23% больше длины СВП. При этом расчетные потери в СВП ниже потерь в линейном переходе на 0,18 дБ в коротковолновой части рабочего диапазона волн и на 0,57 дБ на длинноволновой его границе. В то же время различие в потерях СВП и идеального параболического перехода составляет не более 0,07 дБ в коротковолновой части рабочего диапазона волн и, соответственно, 0,11 дБ

–   в длинноволновой его части.

III.  Заключение

Таким образом, проведенные исследования позволили создать квазиоптический трехсекционный СВП, обеспечивающий возможность эффективной передачи электромагнитной энергии от ПДЛ к ОАП в широкой полосе частот субмиллиметрового диапазона волн. При этом, благодаря простой форме секций и небольшому их числу, обеспечивается сохранение технологичности СВП при существенном выигрыше в габаритах и потерях энергии по сравнению с обычным линейным переходом.

Рис. 3. Внешний вид СВП и литейной модели Fig. 3. SWT outward and casting pattern

Работа выполнена благодаря частичной финансовой поддержке Научно-технологического центра Украины (НТЦУ STCU) по проекту Р-103.

IV.   Список литературы

[1 ] Киселев В. К. “Квазиоптические волноводные оптимальные секционные переходы”. В кн.: 8-я Международная Крымская конференция “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”. Материалы конференции. [Севастополь, 14-16 сент. 1998 г.]. Севастополь: Вебер, 1998, т. 2, стр. 553-554. ISBN 966-572-027-9.

[2]    Киселев В. К. “Исследование оптимальных секционных волноводных переходов для квазиоптических трактов”.

–               В кн.: 9-я Международная Крымская конференция “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”. Материалы конференции. [Севастополь, 14-16 сент.

1999         г.]. Севастополь: Вебер, 1999, стр. 250-251. ISBN 966-572-003-1, IEEE Cat. No. 99EX363.

[3]    Marcatili E. A. J., SchmeltzerE. A. Hollow Metallic and Dielectric Waveguides for Long Distance Optical Transmission and Lasers — Bell System Tech. J., 1964, vol. 43, pp. 1783-1809.

[4]    Усиков А. Я., Канер Э. А., Трутень H. Д. и др. Электроника и радиофизика миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн. Киев: Наук, думка, 1986. 368 с.

QUASI-OPTICAL SECTIONAL WAVEGUIDE TRANSITION OF SUBMILLIMETER WAVEBAND

V.                    K. Kiseliov, S. V. Mizrakhi Institute for Radiophysics and Electronics National Academy of Sciences of Ukraine

12, Ac. Proskury st., Kharkov 61085, Ukraine E-mail: kiseliov@ire.kharkov.ua

Abstract Presented in this paper are the results of investigation of sectional waveguide transition (SWT). The transition is intended for mating of quasi-optical track with wideband opticalacoustic receiver (OAR). The track is realized on the base of “hollow dielectric waveguide” transmission line. SWT ensures transmission of electromagnetic energy from HDWto OAR in a broad band of frequencies (600 900 GHz) with relatively low losses at essential (up to 23%) reduction of transition length, as compared with appropriate linear transition. Thus manufacturability and lowcost are kept.

I.  Introduction

The principle of design and calculation of sectional waveguide tapers (SWT) for quasioptical transmission lines [3] has been offered and experimentally approved in [1,2].

The purpose of this work is to develop and investigate quasioptical SWT, based on the proposed principle and intended for coupling of round HDW [4] with wideband optical-acoustic receiver (OAR)

II.  Main part

Three-sectional SWT has been designed for the wave band

0,    3 0,6 mm in order to transmit fundamental mode НЕц between circular hollow dielectric beam waveguides which have diameters 20 mm and 6 mm.

In Fig.2 the averaged loss measurements of the treesectional (n=3) SWT are shown with the point, calculation results are shown with solid line. Theoretical losses of the linear (n=1) and ideal parabolic (/7=“) transitions are shown with dotted line.

III.  Conclusion

Thus the investigations conducted confirm the possibility of construction of three-sectional SWP, ensuring transmission of electromagnetic energy from HDWto OAR in a broad band.

Rather simple SWT geometry and small number of sections ensure high manufacturability, such as manufacturability of the ordinary linear transition.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты