Кисельов В. К., Мизрахи С. В. Інститут радіофізики та електроніки Національної академії наук України вул. Академіка Проскури, 12, Харків 61085, Україна e-mail: kiseliov@ire.kharkov.ua

Анотація Представлені результати розробки та дослідження секційного волноводного переходу (СВП), призначеного для сполучення квазіоптичного тракту, виконаного на основі лінії передачі виду “порожнистий діелектричний лучевода “(ПДП), з широкодіапазонним оптікоакустіческім приймачем (ОАП). СВП забезпечує передачу електромагнітної енергії від ПДП до ОАП в широкому діапазоні частот 600 900 ГГц з досить малими втратами при істотному (до 23%) скорочення довжини переходу в порівнянні з відповідним лінійним переходом при збереженні технологічності та економічності.

I. Вступ

В роботах [1], [2] був запропонований, теоретично досліджено та експериментально апробовано принцип побудови і розрахунку оптимальних секційних хвилеводних переходів (СВП) для квазіоптичних (КО) ліній передачі класу “порожнистий діелектричний хвилевід” (ПДВ) [3].

Метою даної роботи є створення та дослідження квазіоптичного СВП, побудованого на запропонованому принципі і призначеному для сполучення круглого ПДВ виду «порожнистий діелектричний лучевода» (ПДП) [4] з широкодіапазонним оптико-акустичним приймачем (ОАП).

II. Основна частина

Для проведення зазначеного дослідження були розроблені і виготовлені чотири ідентичних за формою та розмірами експериментальних зразка СВП. Кожен СВП розраховувався на передачу енергії основний моди НЕ-п від круглого ПДП з діаметром волноведущей каналу 20 мм до аналогічного ПДЛ з діаметром волноведущей каналу 6 мм. ПДЛ діаметром 20 мм є однією з базових ліній передачі, використовуваних для побудови КО трактів різних пристроїв і систем субміліметрового діапазону хвиль [4]. ПДЛ діаметром 6 мм безпосередньо сполучається з ОАП, вхідна апертура якого також має діаметр 6 мм. В якості робочого був прийнятий діапазон довжин хвиль 0,3 0,5 мм.

Зразки СВП виготовлялися методом лиття за моделлю Як ливарних форм використовувалися відрізки ПДЛ відповідної довжини, забезпечені приєднувальними фланцями. У кожен відрізок ПДЛ черзі вставлялася ливарна модель, центрована кінцевими центруючими шайбами, після чого заливалася робоча суміш.

Завдяки простоті геометричної форми моделі, що має вигляд тіла обертання, що складається з трьох послідовно з’єднаних лінійних усічених конусів, що розрізняються кутами нахилу утворюють, виготовлення ливарної моделі не представляло труднощів. Модель виготовлялася з дюралюмінію на звичайному токарному верстаті з подальшою шліфовкою і поліруванням до отримання необхідного 7-8 класу шорсткості. Після заливки робочої суміші та її затвердіння модель извлекать з форми і використовувалася для виготовлення наступного зразка СВП.

Матеріал, що використовується для відливання (гіпс марки Г-6 з додаванням бури і клею ПВА для підвищення удароміцності виливків), має такі електромагнітні характеристики: е ‘~ 4, tg6 ~ 0.1, / / ​​= / /’ = 1.

На рис.1 схематично представлена ​​конструкція СВП, що з’єднує ПДЛ з приймачем типу ОАП-5.

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

Розрахунок СВП здійснювався відповідно до формулами, наведеними в [1]. В якості вихідних параметрів використовувалися наступні: 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 приведені значення основних геометричних параметрів секцій СВП.

Таблиця 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

Тут срт кут нахилу твірної т-й конічної секції щодо осі СВП.

Загальна довжина СВП склала 467 мм.

Для експериментального дослідження використовувався комплект КО радіовимірювальної апаратури загального застосування [4]. Вимірювання втрат в зразках СВП здійснювалося методом заміщення за допомогою змінної заходи каліброваного ослаблення в якості якої використовувався КО поляризаційний атенюатор. Похибка вимірювань оцінювалася по відомим формулам [4]. Як джерело випромінювання в короткохвильовій частині робочого діапазону довжин хвиль СВП використовувався газорозрядний HCNлазер [К-0, 337 мм).

На рис. 2 нанесені результати розрахунку (суцільна лінія) та усереднених вимірів (крапка) втрат в СВП. Для порівняння наведено також теоретичні криві, розраховані для відповідного лінійного переходу (П = 1) і ідеального параболічного переходу (п = ° °).

Рис. 2. Теоретичні та експериментальні залежності втрат в СВП від довжини хвилі

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

Слід зазначити, що зазначені характеристики отримані при істотному скороченні розмірів СВП в порівнянні з лінійним переходом. Довжина останнього повинна була б скласти 610 мм, що на 143 мм або на 23% більше довжини СВП. При цьому розрахункові втрати в СВП нижче втрат в лінійному переході на 0,18 дБ в короткохвильовій частині робочого діапазону хвиль і на 0,57 дБ на довгохвильовій його кордоні. У той же час відмінність у втратах СВП і ідеального параболічного переходу становить не більше 0,07 дБ в короткохвильовій частині робочого діапазону хвиль і, відповідно, 0,11 дБ

– В довгохвильовій його частині.

III. Висновок

Таким чином, проведені дослідження дозволили створити квазіоптичні трисекційний СВП, що забезпечує можливість ефективної передачі електромагнітної енергії від ПДЛ до ОАП в широкій смузі частот субміліметрового діапазону хвиль. При цьому, завдяки простій формі секцій і невеликому їх числа, забезпечується збереження технологічності СВП при істотному виграші в габаритах і втрати енергії за порівнянні зі звичайним лінійним переходом.

Рис. 3. Зовнішній вигляд СВП і ливарної моделі Fig. 3. SWT outward and casting pattern

Робота виконана завдяки частковій фінансовій підтримці Науково-технологічного центру України (НТЦУ STCU) за проектом Р-103.

IV. Список літератури

[1] Кисельов В. К. “квазіоптичні хвилеводні оптимальні секційні переходи”. В кн.: 8-а Міжнародна Кримська конференція “НВЧ-техніка і телекомунікаційні технології”. Матеріали конференції. [Севастополь, 14-16 сент. 1998]. Севастополь: Вебер, 1998, т. 2, стор 553-554. ISBN 966-572-027-9.

[2] Кисельов В. К. “Дослідження оптимальних секційних хвилеводних переходів для квазіоптичних трактів”.

– В кн.: 9-а Міжнародна Кримська конференція “НВЧ-техніка і телекомунікаційні технології”. Матеріали конференції. [Севастополь, 14-16 сент.

1999 р.]. Севастополь: Вебер, 1999, стор 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 Е. А., Трутень H. Д. та ін Електроніка та радіофізика міліметрових і субміліметрових радіохвиль. Київ: 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.