Одноволновой диэлектрический волновод

(19) Ш) Р 316 ЕТЕ ЬСТВ со 3 лект трическирадио",РИЧЕСКИЙдиэлек- та- увелиЛ - 6 итров ескои ко труктурь иалтрал ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИОПИСАНИЕ ИЗОК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Ордена Трудового Красномени институт радиотехники ироники АН СССР(54)(57) ОДНОВОЛНОВОЙ ДИЭЛЕКВОЛНОВОД, выполненный в видерического стержня, о т л и чщ и й с я тем, что, с цельючения диапазона рабочих диампри заданных параметрах матедиэлектрического стержня, це ная часть диэлектрического стержня выполнена сплошной, а внешняя - в виде периодической кольцевой ребри той структуры, при этом толщина каждого ребра плавно убывает от основания к вершине, а параметры периодической кольцевой ребристой структуры определяются соотношением3. где е - диэлектрическая проницаемость материала диэлектриче кого стержня; диаметр центральной части диэлектрического стержня; длина волны в вакууме;толщина ребра у основания; высота ребра;период периодич " льц вой ребристой с 11107199 30 0,965О, Ч-бб,Агт-г при котоавляетсяравен А= ля Ъ ирьированиицентральной Изобретение относится к техникесверхвысоких частот и может бытьиспользовано в линиях передачи, приемно-передающих трактах и схемахмиллиметрового и субмиллиметровогодиапазона волн.Известен одноволновой диэлектрический волновод, содержащий цилиндрический стержень из диэлектрика,окруженный плотно прилегающей оболочкой из другого диэлектрика 11,Недостатком одноволнового диэлектрического волновода является слишком узкий диапазон выбора диаметрастержня при заданных материалах стерж 15ня и оболочки. Наиболее близким к изобретению является одноволновой диэлектрический волновод, выполненный в виде диэлектрического стержня Г 21.Недостатком известного одноволнового диэлектрического волновода является узкий диапазон рабоичх диаметров при заданных параметрах материала диэлектрического стержня.Цель изобретения - увеличение диапазона рабочих диаметров при заданных параметрах материала диэлектрического стержня. Поставленная цель достигается тем, что в одноволновом диэлектрическом волноводе, выполненном в виде диэлектрического стержня, центральная часть диэлектрического стержня выпол"З 5 нена сплошной, а внешняя - в виде периодической кольцевой ребристой структуры, при этом толщина каждого ребра плавно убывает от основания к вершине, а параметры периодической кольцевой ребристой структуры определяются соотношением 0,585 ( Я, ( Ьн ф 1 ДД где Е - диэлектрическая проницаемостьматериала диэлектрическогостержня;- диаметр центральной частидиэлектрического стержня;Л - длина волны в вакууме,бн - толщина ребра у основания;Ь - высота ребра,Р - период периодической кольцевой ребристой структуры.На фиг, 1 представлен одноволновой диэлектрический волновод; на фиг. 2 - то же, вид сбоку. Одноволновой диэлектрический волновод содержит диэлектрический стержень, состоящий из центральной части1, выполненной сплошной, и внешнейчасти, выполненной в виде периодической кольцевой ребристой структуры2, а также границу 3 между центральной частью 1 диэлектрического стержня и периодической кольцевой ребристой структурой 2 и внешнюю границу 4диэлектрического стержня,Одноволновой диэлектрический волновод работает следующим образом.По центральной части 1 диэлектрического стержня распространяется,последовательно отражаясь от границы 3 между центральной частью 1диэлектрического стержня и периодической кольцевой ребристой структурой 2, волна низшего типа НЕ.Ввиду того, что периодическая коль-яцевая ребристая структура 2 выполнена частопериодической (ее период Рменьше длины волны), граница 3действует на распространяющуюся волну как диэлектрик с усредненной диэлектрической проницаемостью, равной где н - толщина ребра у основания;Р - период периодической кольцевой ребристой структуры 2;- диэлектрическая проницаемость материала диэлектрического стержня. Режим распространения (одноволновой или многоволновой) определяется разностью диэлектрических проницаемостей материала диэлектрического стержня и периодической кольцевой ребристой структуры 2, равной ЬЕ =с р=-1)й-Ф) Наибольший диаметр центральнойчасти 1 диэлектрического стержняпри одноволновом режиме равен Минимальный диаметр А ром волна эффективно напр диэлектрическим стержнем,= А /4. Из соотношения д сар получаем, что при ва 5 н./Р от 0 до 09 диаметрчасти 1 диэлектрического стержня может быть выбран из диапазона О.И 5 3ОЗбб 3+ Я:7 оьр:5 При отсутствии периодической кольцевой ребристой структуры 2 соответ-. ствующий диапазон изменения диаметра диэлектрического стержня равен0365 1О.Иб ЗА(е-3 1 О 0.88 Ь 50 а( р Анализ Формул для с, р и последнего неравенства показывает, что по Из сравнения этих диапазонов видно, что для диэлектрического стержня с периодической кольцевой ребристой структурой 2 он примерно в 4 раза шире, чем для известного при изготовлении их из одного материала, причем расширение происходит в сторону увеличения диаметра.Часть энергии основной волны НЕ попадает в периодическую кольцевую ребристую структуру 2 и вобщем случае, когда в ней имеются две отра жающие границы: граница 3 и граница 4 - в ней формируются и распространяются ее собственные волны, которые имеют паразитный характер. Подавление возбуждения этих волн в пред-ЗО лагаемом одновблновом диэлектрическом волноводе достигается за счет уменьшения толщины ребер от н на границе 2 до нуля на границе 4, при этом ф,1, на границе 4 согласно формуле (1), стремится к единице, т.е. к проЭ 5 ницаемости окружающего воздуха, и на границе 4 нет скачка диэлектрических проницаемостей, вследствие чего отражение от нее отсутствует и теря 40 ются волноведущие свойства периодической кольцевой ребристой структуры 2.Из формулы для ьЪ получаем соотношение, связывающее параметры периоди 45 ческой кольцевой ребристой структуры 2 с диаметром уентральной части 1 диэлектрического стержня при заданном материале ложительный эффект, производимый периодической кольцевой ребристой структурой 2, а именно расширение диапазона выбора диаметра одноволновогодиэлектрического волновода в сторонуего увеличения, начинает заметнопроявляться при отношении толщиныребра у основания к периоду большем,чем 0,1, Ьн /Р ) 0,1, так как приочень тонких ребрах он по своим свойствам практически не отличается отизвестного волновода. Поэтому следуетвнести уточнение диапазона Й/р снизу, т.е.0585,Х 2 ЫУ 1-, ( - ) рВысота ребра 1 составляет -Зо 1(фдиаметр центральной части 1), приэтом поле на внешней границе 4 одноволнового диэлектрического волноводапренебрежимо мало и он может бытьна любую поверхность или опоры безвозмущения поля в центре диэлектрического волновода,Основным техническим преимуществом предлагаемого одноволнового диэлектрического волновода является внесколько раз более широкий диапазонвыбора величины диаметра его в сторону увеличения. Это позволяет выбирать для любого материала диаметродноволнового диэлектрического волно-.вода оптимальный с точки зрениясогласования его с возбуждающими,приемными и управляющимиустройствами. Это дает возможность изготавли,вать одноволновой диэлектрическийволновод с поперечным сечением внесколько раз большим, чем у извест.ного, что удешевляет в несколькораз изготовление, так как внесколько раз расширяются допускина изготовление и стыковку волноводов, увеличивает его прочность, обес"печивает его возбуждение, крепление,монтаж и эксплуатацию. Кроме того,периодическая кольцевая ребристаяструктура 2 изолирует волноведущуючасть - центральную часть 1 от окружаю-"щего пространства, в то время как визвестных задача крепления и экрани"рования диэлектрического волноводавесьма сложная./5 Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 769/38 Тираж 591 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д.