CC BY
53
p-ISSN 1607-3274. Радюелектронжа, iнформатика, управлiння. 2014. № 2 e-ISSN 2313-688X. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2014. № 2
УДК 621.396.677
Зшьковський Ю. Ф.1, Сидорук Ю. К.2, Туровський А. О.3
1Д-р техн. наук, професор, Нацюнальний технiчний ушверситет УкраТни «КиТвський полтехнчний нститут», УкраТна 2Доцент, Нацюнальний технчний унiверситет УкраТни «КиТвський полimехнiчний нститут», УкраТна 3Асистент, Нацюнальний технiчний унiверситет УкраТни «КиТвський полiтехнiчний нститут», УкраТна
КОНСТРУКЦ1ЙНА ОПТИМ1ЗАЦ1Я ХВИЛЕВОДНО-В1БРАТОРНОГО ВИПРОМ1НЮВАЧА З ПОВЕРНУТОЮ ПЛОЩИНОЮ ПОЛЯРИЗАЦИ
Запропоновано конструкщю 5-елементного випромшювача на основi лЫшно' вiбраторно-хвилеводноi реш^ки для використання у складi пристрою опромшення дiелектричних матерiалiв електромагнiтним полем частотою 2,45 ГГц, розраховано основш параметри для досягнення високо'' рiвномiрностi розподiлу поля перед випромiнювачем. Показано вплив вщсташ мiж вiбраторами i поверхнею хвилевода на ширину дiаграми розподiлу поля, визначено оптимальне розташування зони для розмiщення дiелектричного матерiалу, що пiдлягаe опромiненню. Для конструкци з оптимiзованими параметрами виконано оцшку поляризацино'' та ампл^удно' однорiдностi поля.
Ключовi слова: вiбратор, хвилевiд, ближня зона, випромшювач, надвисокi частоти, поляризащя.
ВСТУП
До основних титв хвилеводних антенних решите ввдносяться хвилеводно-щшинт та хвилеводно-в1браторт ввдповвдно до типу елеменпв випромшювання, що у них використовуються. 1х перевага пор1вно з рупорними аналогами полягае у менших розм1рах, що особливо важли-во для побудови плоских антенних решите, також з'яв-ляеться можлив1сть створення розподшеного випромь нювача, що живиться в1д одного джерела. Часпше у даапазош НВЧ так1 антени створюються з використанням м1кросмужково! технологи, однак для призначень, де мае м1сце випром1нювання електромагнггаох енергп високо! потужносп, смужков1 л1нп стають малопридатними внас-л1док видшення у них значно'' кшькосл теплоти.
Завдяки кращш технолопчносп 1 компактносп лшшт решики переважно створюються на основ1 щ||лин, прор1за-них у ст1нц1 хвилеводу [1, 2]. Водночас лшшт решттки з вип-ромшювачами у вигляд в1братор1в, що живляться ввд пря-мокутного хвилеводу залишаються малодослвдженими.
Хвилеводш антенн решлки знаходять застосування основним чином для спрямованих антен зв'язку або ра-дюлокацп. В той же час лише в окремих роботах розгля-даеться ближне поле випром1нювання таких антен, на-приклад, з точки зору 1х застосування для д1електрично-го нагр1ву матер1ал1в [3], генерування плазми [4] тощо.
1 ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМИ
Мета роботи полягае у розробленш та дослщженш лшшно1 решпки випром1нювач1в для використання у склад1 мжрохвильового пристрою д1електричного на-гр1ву, опис якого приведено у [6]. Пристрш сформова-ний цил1ндричною камерою взаемодп, через яку проходить полк речовини, що тдлягае опромшенню електро-магнпним полем надвисоких частот. Концентрично
навколо камери паралельно И оа розташоват лшшт вип-ром1нювач1, що дае змогу забезпечити достатнш р1вень щшьносп енергп завдяки просторовому складанню хвиль ввд генератор1в невисоко'' пспужност! Для зниження р1вня взаемодп м1ж протилежно розташованими джерелами цил1ндрична камера оточена сшралепод1бним поляри-зованим дзеркалом, в1сь поляризацп якого створюе кут 45° до основи камери. Таким чином, електромагнпна енерпя, що проходить у зону взаемодп з одного боку буде ввдбиватися ввд протилежно1 сторони внаслщок перпендикулярно'' ор1ентацп оа поляризацп дзеркала з про-тилежних сторш. Вщповвдно, джерела електромагттнох енергп повинн виконуватися у вигляд1 л1тйних решлок, 1, при цьому, площина поляризацп поля повинна бути повернута тд кутом 45° до оа решики. Кр1м того, техтчт характеристики камери оброблення вимагають забезпе-чення високо'' р1вном1рносп напруженосп електрично-го поля в зош взаемодп.
Дослвдження виконувались за допомогою засоб1в ком-п'ютерного моделювання електродинам1чних структур Лшуз HFSSTM 1 CST MWSTM.
2 МАТЕР1АЛИ ТА МЕТОДИ
В1дом1 конструкци щ1линних решите, у яких щ1лини розмщет в центр1 широко'' спнки прямокутного хвилевода тд кутом до його оа 1 ор1ентоваш почергово в про-тилежн сторони [4, 2]. В таких антенах повертання щшин навколо центру виконуеться для забезпечення необхщ-ного 1х збудження 1 узгодження з хвилеводом, однак внас-л1док симетричносп купв повороту у дальнш зош форму еться хвиля, поляризована паралельно оа хвилевода. Можлива конструкщя хвилеводно'' антени, яка забезпе-чуе повернуту, вщносно оа хвилевода, площину поляризацп, у якш щшини ор1ентован1 паралельно м1ж собою 1 утворюють певний кут ввдносно оа хвилевода [2].
© Зшьковський Ю. Ф., Сидорук Ю. К., Туровський А. О., 2014 БОТ 10.15588/1607-3274-2014-2-3
РАДЮЕЛЕКТРОН1КА ТА ТЕЛЕКОМУШКАЦП
В такому випадку щiлини розмiщуються вздовж широко! стшки хвилевода зi змiщенням вщносно його центру почергово у рiзнi сторони (так званi «складш» щшини). Така реалiзацiя забезпечуе повернуту поляризацш хвилi у дальнiй зонi, однак, внаслщок нерiвномiрного розта-шування апертур щшин напруженiсть поля поблизу вип-ромiнювача розподiляeться нерiвномiрно. Важливим недолшом щiлинних антен е неможливiсть або значна складшсть регулювання збудження окремих щiлин.
Альтернативою використання щiлинних випромiию-вачiв, що дозволить уникнути властивих !м недолiкiв, е використання випромiнюючих елементiв у виглядi вiбра-торiв, що живляться вiд хвилевода. Внаслщок того, що випромiнювачi не е iнтегрованими у хвилеввд це дае змо-гу регулювати збудження кожного елемента, змiнювати кут поляризаци випромшювання.
У запропонованiй конструкции використаний випро-мiнювач хвилеводно-вiбраторного типу (рис. 1) [7], основу яко! складае прямокутний хвилевiд 4 (рис. 1), що з одного шнця закритий рухомим короткозамикаючим поршнем 5, а шшим к1нцем пiдключаеться до генератора. Елементи випромiнювання енергл утвореш вiбратор-ними секцiями, розташованими вздовж хвилевода в центр широко! стшки. Кожна секцiя складаеться з вщизка коаксiально! лiнi!, що з одно! сторони входить у хвилевщ штирем 3, а з iншо!, через щшинний симетруючий пристрiй 2, живить плечi пiвхвильового вiбратора 1. В^^р енергi! вiд хвилевода виконуеться штирем 3, що е про-довженням центрального провiдника коаксiально! лiнi!. Забезпечення повернуто! вiдносно осi хвилевода площи-ни поляризацi! поля здiйснено завдяки повернутому положению усiх вiбраторiв на вадповадний кут до оа хвилевода, що складае 45°.
Для узгодження хвилеводно! решiтки iз генератором використано реактивний вiбратор 6, розташований на вiдстаиi Бр перед першим штирем в цетр широко! стшки i мае довжину Ь, реактивнiсть якого компенсуе реак-тивнiсть усiх штирiв.
Рисунок 1 - Зовшшшй вигляд випромiиювача з розр1зом
Робоча частота пристрою становить 2,45 ГГц (дов-жина хвилi Xо « 122 мм), ввдповвдю, обрано тип хвилевода ЖЯ-340 (стандарт Е1А) з внутрiшнiми розмiрами 86 х43 мм i товщиною стiнки 2 мм.
Для забезпечення високо! рiвномiрностi поля поблизу випромiнювача всi елементи повиннi випромiнювати енергiю синфазно, а амплiтуди збудження кожно! секцi! мають бути розрахованими таким чином, щоб забезпе-чити максимальну однорщшсть напруженостi електро-магнiтного поля у заданш зонi; одночасно з цим вiдстаиь мiж вiбраторами повинна бути якомога меншою. Мшмальна ввдстань Ьь мiж сусвдшми елементами може бути досягнута, якщо встаиовити !! приблизно х g /2 (вщпо-вщае довжинi хвилi у хвилеводi) з урахуванням поправки на внесену реактившсть штирiв для компенсування фазового зсуву, однак, при цьому струми у сусiднiх коакс-iальних вщизках будуть протифазними. Ввдповвдю, для збереження синфазностi випромiнювания сусiднi вiбра-тори взаемно розвернуп на 180°.
Довжина кожного штиря Ь визначаеться вщповщно до необхiдно! величини збудження вiбратора, що може також регулюватись шляхом змщення штирiв убiк вiд центру або вздовж хвилевода. Останне можливе завдяки тому, що випромiиювач працюе у режимi змiшаиих хвиль i вздовж хвилевода мае мiсце значний коефiцiент стоячо! хвилi по напрузi (КСХн) - положення штирiв на по-вздовжиiй осi впливае на тенсившсть !х збудження за-лежно вiд того чи вiн знаходиться у максимум^ чи в мшмуш поля. При цьому необхiдно щоб розмщення усiх штирiв забезпечувало синфазтсть !х збудження.
Одною з умов оптишзаци пристрою було забезпечення максимального узгодження коакаальних лiнiй iз вiбратор-ними секцями, i, таким чином, розрахунок всього пристрою було роздалено на виутрiшию та зовнiшию задача
На першому етапi, в хода виршення зовнiшmьо! задачi, задавались значення вiдстаией мiж суадшми випромiию-ючими секщями, визначались оптимальнi параметри вiбраторiв i симетруючих елемеитiв, необхвдш ампллуди !х збудження, як1 забезпечать узгодження кожного вiбра-тора з коакаальними вiдрiзками, створюючи при цьому рiвномiрний розподiл поля в областi перед ними.
Внутршня задача полягала у розрахунку прямокут-ного хвилевода, в цен^ широко! стiнки якого розташо-вано ряд хвилеводно-коаксiальних переходiв. Розрахову-вались оптимальнi значення вiдстаней мiж штирями пе-реходiв i довжини кожного з них для забезпечення необхщно! амплпуди i синфазностi збудження кожного коакаального вiдрiзка. Одночасно iз оптимiзацiею пара-метрiв штирiв ввдбувався розрахунок розмiрiв i положен-ня реактивного вiбратора для компенсацi! вщбито! вiд хвилевода хвилi.
3 РЕЗУЛЬТАТИ
Характер розподiлу поля вздовж хвилевода над вiбра-торами залежить основним чином ввд !х кшькосп, ввдстат мiж ними, амплiтуди i фази збудження. Розподш поля у поперечному напрямi визначаеться бiльшою мiрою па-
p-ISSN 1607-3274. Радюелектронжа, шформатика, управлшня. 2014. № 2 e-ISSN 2313-688X. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2014. № 2
Рисунок 2 - Нормований модуль напруженост електричного поля: а - D=20 мм; б - D=30 мм; в - D=40 мм;
г - Dt=50 мм; д - D=60 мм
РAДЮЕЛЕKTРOHIKA ТА ТЕЛЕтМУНЖАЦП
paметpaми вiбpaтopiв тa вiдстaнню вiд ниx дo пoвеpxнi xвилевoдy D. Taк, при pезoнaнснiй дoвжинi вiбpaтopa i вiдстaнi Dt близьк1й дo шлoвини дoвжини xßKm дiaгpaмa poзпoдiлy пoля у ближнш зoнi poзшиpюeться, a при чверт дoвжини xвилi - звyжyeться. Orcame твердження пoяснюeться тим, щo при вiдстaнi в|д вiбpaтopa дo xßKre-вoдa пpиблизнo piвнiй Хо/4, xвилi у пеpпендикyляpнoмy дo xвилевoдa нaпpямi синфaзнo склaдaються iз ввдбити-ми вщ xвилевoдa, внaслiдoк чoгo iнтенсивнiсть вищюмь нювaння енеpгiï у перпендикуляршму дo xвилевoдa га-пpямi зpoстae. Якщo ж Dt нaближaeться дo величини X о/2, тo ввдбип в|д метaлевoï пoвеpxнi xвилi виявляються пpoтифaзними i пoтiк енеpгiï у перпендикуляршму га-пpямi зменшyeться, пpизвoдячи дo зpoстaння пoтoкy енергл у бoкoвиx нaпpямax.
Для кoнстpyкцiï мiкpoxвильoвoгo пpистpoю, склaдo-вoю якoгo e випpoмiнювaч, неoбxiднo зaбезпечyвaти вузьку дiaгpaмy poзпoдiлy нaпpyженoстi електpичнoгo пoля у шперечшму нaпpямi - у пpoтилежнoмy вигад-ку xвилi, щo випpoмiнюються пiд знaчним кyтoм дo шр-мaлi, мaтимyть знaчнy пoляpизaцiйнy неузгоджешсть iз пoляpизoвaним дзеpкaлoм.
Hеoбxiднa юльюсть вiбpaтopiв визнaчaeтъся виxoдячи iз пoтyжнoстi джеpелa, щo живить xвилевiд, неoбxiднoï щiльнoстi пoтyжнoстi пoля у зoнi взaeмoдiï i при цмму ïx к1льк1сть пoвиннa бути дoстaтнъoю для зaбезпечення перед випpoмiнювaчем зoни piвнoмipнoгo poзпoдilлy електpoмaг-нiтнoro пoля у пoздoвжнъoмy, вiднoснo xвилевoдa, ширями
У po6o^ poзглядaвся випpoмiнювaч, щo склaдaeться з п'яти вiбpaтopниx елеменпв.
Шляxoм oптимiзaцiï пapaметpiв вiбpaтopниx секцiй, у якж дiaметp плечей стaнoвив 2 мм, в межax poзв'язaння зoвнiшнъoï зaдaчi, визнaченo, щo для зaбезпечення величини KCXb нa р!вт не бiльше 1,1 дoвжинa yсix вiбpaтopiв Lv пoвиннa стaнoвити 50 мм, дoвжинa симетpyючиx щшин L - 2З мм, даметр внyтpiшнъoгo ^юв^ии^ тa xвильoвий ornp кoaксiaльнoï лшп стaнoвив, вiдпoвiднo, З мм тa 50 Oм. При июму, незвaжaючи нa те, щo взaeмoдiя центpaльнoгo вiбpaтopa з шшими сильнiшa, н1ж кpaйнix, poзбiжнiсть р1вня узшдження кoжнoгo з ниx при oднaкoвиx пapaметpax зaлишaeться в межax вкaзaнoгo KСXн.
Вaжливoю пpoблемoю при пpoектyвaннi pешiтки випpoмiнювaчiв e визтачення oптимaльнoгo poзтaшyвaн-ня зoни взaeмoдiï, в межax якoï буде зaбезпеченa мaкси-мaльнa piвнoмipнiсть пapaметpiв шля, i, зoкpемa йoгo мaксимaльнa пoляpизaцiйнa oднopiднiсть. Oстaннiй ш-кaзник вaжливий для пoляpизaцiйнoгo yзгoдження елек-тpoмaгнiтнoгo пoля з пoляpизoвaним дзеpкaлoм.
Hopмoвaний poзпoдiл мoдyля нaпpyженoстi електрич-юго пoля у плoщинi нa вiдстaнi h = 150 мм в|д вiбpaтopiв, при piзниx вiдстaняx в|д ниx дo xвилевoдa, зoбpaженo га рис. 2, де кoopдинaтa х opieнтoвaнa пapaлельнo, a y -перпендикулярш oсi xвилевoдa. Збудження вiбpaтopiв вiдбyвaлoсь oднaкoвими зa aмплiтyдaми i фaзaми стру-мaми. З рисунюв виднo, щo з вiддaленням вiбpaтopiв в1д xвилевoдa шиpинa дiaгpaми poзпoдiлy пoля poзшиpюeть-ся, щo вiдпoвiдae вкaзaнoмy вище твердженню.
При цызму висoтa poзтaшyвaння плoщини вiбpaтopiв гад xвилевoдoм e oснoвним чинникoм, щo визнaчae poз-пoдiл кyтa пoляpизaцiï пoля. Ha рис. З приведет xaparcre-ристики спiввiднoшення м1ж склaдoвoю електpичнoгo пoля пapaлельнoю дo вiбpaтopiв i мoдyлем нaпpyженoстi електpичнoгo шля при р!знж знaченняx Dt i h = 150 мм, яю xapaктеpизyють ступ1нь вiдпoвiднoстi пoляpизaцiï шля i пoляpизoвaнoгo дзеpкaлa, poзмiщенoгo гад вищюм!ню-вaчем, у ямагэ в1сь пoляpизaиiï пеpпендикyляpнa дo вiбpa-тор!в. Xapaктеpистики poзpaxoвaнi у плoщинi, перпенди-кулярн1й oсi X в точщ мaксимaльнoï нaпpyженoстi пoля. Oчевиднo, щo oднopiднiсть пoляpизaцiя xвилi зpoстae з гаближенням плoщини вiбpaтopiв дo метaлевoï плoщини.
Taким чинoм, з oглядy нa пoкpaщення aмплiтyднoï i пoляpизaцiйнoï oднopiднoстi, неoбxiднo встaнoвлювaти нaйменшy вишту poзтaшyвaння вiбpaтopiв нaд метaле-вoю oснoвoю, якa, oднaк, oбмеженa дoвжинoю симетру-ючoï щ1лини, i для дaнoгo випaдкy стaнoвить Dt = 22 мм.
Зaбезпечyючи вiдпoвiдний poзпoдiл iнтенсивнoстi збудження кoжнoгo з вiбpaтopiв мoжнa змiнювaти xapaR-тер poзпoдiлy нaпpyженoстi пoля у 6лижн1й зoнi.
Шляxoм oптимiзaиiï aмплiтyд збудження кoжнoгo еле-ментa бyлo встaнoвленo, щo при спiввiднoшеннi aмплi-туд живлення вiбpaтopiв як 5:14:10:14:7, вiдпoвiднo (шчи-нaючи в|д вxoдy), при oднaкoвиx фaзax, дoсягнyтo мaкси-мaльнoï р1вшм1ршсп пoля вздoвж oсi xвилевoдa. Для ^oro випaдкy poзпoдiл нaпpyженoстi шля, нopмoвaний дo мaксимaльнoгo знaчення у piзниx пеpетинax нaд вип-poмiнювaчем з oптимiзoвaними пapaметpaми, зoбpaже-ш нa рис. 4. З приведена зaлежнoстей мoжнa зpoбити виснoвoк, щo oптимaльнa зoнa poзтaшyвaння сеpедoви-щa для oпpoмiнення знaxoдиться нa вiдстaнi пpиблизнo h = 100 мм в|д вiбpaтopiв. Рiвень склaдoвoï електричюго пoля, пapaлельнoï дo плечей вiбpaтopiв, для дaнoгo ви-пaдкy, вщшсш зaгaльнoгo мoдyля нaпpyженoстi елект-ричшго пoля, пpиведенo нa рис. 5.
В pезyльтaтi oптимiзaиiï були poзpaxoвaнi oптимaльнi пapaметpи кoнстpyкиiï випpoмiнювaчa. Визгачеш, щo дoвжини L штир1в для зaбезпечення зaзнaчениx paнiше aмплiтyд збудження вiбpaтopiв пoвиннi стaнoвити (пo-
i • Dt=60 мм —Я им
X—X—X д. * * * D;- 40 мм 30 мм 20 мм
1 * 1 Г)'~
(Ill
0 200 400 600
у, мм
Рису^к З - Koефiцieнт пoляpизaцiйнoï oднopiднoстi електpичнoгo пoля
p-ISSN 1607-3274. Радюелектронжа, шформатика, управлiння. 2014. № 2 e-ISSN 2313-688X. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2014. № 2
Рисунок 4 - Нормований модуль напруженосп електричного поля а - Dt = 20 мм на вщсташ h = 75 мм; б - h = 100 мм;
в - h = 150 мм; г - h = 200 мм вщ хвилевода
чинаючи в1д входу) 13,3 мм, 16 мм, 17,8 мм, 17,6 мм та 17,3 мм, вщповвдно; вщстань мгж центрами випром1ню-вальних секцш Db, для синфазносп 1х збудження дор1в-нюють, ввдповвдно, 92 мм, 79 мм, 88 мм, 87 мм.
З метою кшьшсно! оцшки поляризацшно! одно-рщносп поля розрахований показник, що характеризуе ввдносну величину випромшено! енергл, що пройде кр1зь щеальне плоске поляризоване дзеркало, розташоване паралельно поверхш хвилевода, в1сь поляризацп якого ор1ентована перпендикулярно оа в1братор1в:
х, y)dxdy
P = --
Jj£ 2( х, y)dxdy
(1)
Рисунок 5 - Коефщент поляризацшно!' однорiдностi поля при h=100 мм
Розрахувавши (1), тдставляючи значення, що ввдпо-вщають рис. 4б та рис. 5, було отримано P ~ 0,9.
г
в
РАДЮЕЛЕКТРОН1КА ТА ТЕЛЕКОМУНЖАЦП
За таких параметр1в конструкцп було забезпечено КСХн у вах коакаальних в1др1зках не бшьше 1,05, а на вход хвилевода не бшьше 1,1.
ВИСНОВКИ
Повертання площини поляризацл поля у ближнш зот випром1нювача можна забезпечити в1дпов1дним ор1ен-туванням в1братор1в вщносно оа хвилевода. Показано, що для звуження дааграми розподалу поля в1братори по-винш розташовуватись на мшмальнш ввдсгаш в1д по-верхш хвилевода. Випром1нювач дае змогу забезпечити високий р1вень однородности напруженосп електрично-го поля у напряш, паралельному оа випромшювача. Для розглянуто! конструкцп, що складаеться 1з 5 в1браторних секцш, повернутих на кут 45° до оа хвилевода, оптимальна зона розташування матер1алу для опромшення знахо-диться на ввдстат 100 мм в1д площини в1братор1в.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
1. Orefice M. Design of waveguide-fed series slot arrays / M. Orefice, R. S. Elliott // IEE Proc. - 1982. - Vol. 129, No. 4. -P. 165-169.
2. Design of inclined and displaced slotted waveguide array antennas with low sidelobe radiation patterns / [S. Yamaguchi, H. Miyashita, T. Takahashi, et. al.] // Proceedings of the 4th EuCAP. - 2010. - P. 1-5.
3. A slotted waveguide applicator for continuous flow grain drying / [E. St-Denis, G. Raghavan, C. Akyel, M. Venkatesh] // Journal of microwave power and electromagnetic energy. - 2001. -Vol. 36, No. 1. - P. 3-16.
4. Sauve G. Slotted waveguide field applicator for the generation of long uniform plasmas / G. Sauve, M. Moisan, Z. Zakrewski // Journal of microwave power and electromagnetic energy. -1993. - Vol. 28, No. 3. - P. 123-131.
5. Meredith R. Engineer's handbook of industrial microwave heating / R. Meredith. - London : IEE Publishing, 1998. -365 p.
6. Пат. Украш a 65629 H05B 6/64. Мжрохвильовий пристрш для передпоавно! обробки насшня, сушшня зерна та шших сипучих матерiалiв / Сидорук Ю. К.; заяв. 20.05.2011, опубл. 12.12.2011, Бюл. № 23, 2011 р.
7. Жук М. С. Проектирование антенно-фидерных устройств / М. С. Жук, Ю. Б. Молочков. - М.-Л. : Энергия, 1966. - 648 с.
Статгя надшшла до редакци 02.04.2014.
Зиньковский Ю. Ф.1, Сидорук Ю. К.2, Туровский А. А.3
1Д-р техн. наук, профессор, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина 2Доцент, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина 3Ассистент, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина КОНСТРУКЦИОННАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ВОЛНОВОДНО-ВИБРАТОРНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ С ПОВЕРНУТОЙ ПЛОСКОСТЬЮ ПОЛЯРИЗАЦИИ
Предложена конструкция 5-элементного излучателя на основе линейной вибраторно-волноводной решетки для использования в составе устройства облучения диэлектрических материалов электромагнитным полем частотой 2,45 ГГц, рассчитаны основные его параметры для достижения максимальной равномерности распределения поля перед излучателем. Показано влияние расстояния между вибраторами и поверхностью волновода на ширину диаграммы распределения поля, определено оптимальное расположение зоны для размещения диэлектрического материала, подлежащего облучению. Для конструкции с оптимизированными параметрами выполнена оценка поляризационной однородности поля.
Ключевые слова: вибратор, волновод, ближняя зона, излучатель, сверхвысокие частоты, поляризация.
Zinkovskiy Yu. F.1, Sydoruk Yu. K.2, Turovskiy A. O.3
1Doctor of Science, Professor, National technical university of Ukraine «Kyiv polytechnic institute», Ukraine 2Associate Professor, National technical university of Ukraine «Kyiv polytechnic institute», Ukraine 3Assistant, National technical university of Ukraine «Kyiv polytechnic institute», Ukraine
DESIGN OPTIMIZATION OF WAVEGUIDE FED DIPOLE APPLICATOR WITH INCLINED POLARIZATION PLANE
A design of microwave waveguide fed dipole applicator consisted of 5 elements for use in a device for bulk dielectric materials treatment with microwave electromagnetic field is proposed. In order to provide maximum amplitude and polarization homogeneity of the field distribution before the transmitter the main parameters of the design are calculated. Due to the dipoles being fully matched with feeding coaxial line segments the calculation of the whole structure is divided into internal and external problems. The influence of distance between the dipoles and waveguide's surface on the width of the near field distribution pattern is shown and it is clarified that the reducing the distance will narrowing the field pattern. It was determined that the optimal zone location for placing of the bulk dielectric material to be irradiated is at the distance 100-150 mm from the dipoles.
Keywords: vibrator, waveguide, near field, irradiator, microwaves, polarization.
REFERENCES
1. Orefice M., Elliott R. S. Design of waveguide-fed series slot arrays, IEE Proc, 1982, Vol.129, No. 4, pp.165-169.
2. Yamaguchi S., Miyashita H., Takahashi T., et. al. Design of inclined and displaced slotted waveguide array antennas with low sidelobe radiation patterns , Proc. of the 4th EuCAP, 2010, pp. 1-5.
3. St-Denis E., Raghavan G., Akyel C., Venkatesh M. A slotted waveguide applicator for continuous flow grain drying, Journal of microwave power and electromagnetic energy, 2001, Vol. 36, No. 1, pp. 3-16.
4. Sauve G., Moisan M., Zakrewski Z. Slotted waveguide field applicator for the generation of long uniform plasmas, Journal of microwave power and electromagnetic energy, 1993, Vol. 28, No. 3, pp. 123-131.
5. Meredith R. Engineer's handbook of industrial microwave heating. London, IEE Publishing, 1998, 365 p.
6. Sydoruk Yu. K. Mikrokhvylyovyi prystriy dlya peredposivnoi obrobky nasinnya, sushinnya zerna ta inshykh sypuchykh materialiv, Patent of Ukraine 65629, May 2011.
7. Zhuk M. S. Proektirovanie antenno-fidernykh ustoistv. Moskow, Energia, 1966, 648 p.
