Задача примерно следующая:
Есть прямоугольный волновод 90х45мм, через который проходит СВЧ-сигнал, с пиковой мощностью порядка 1000Вт.
Необходимо сделать зонд, который бы передавал слабленный хотя бы до 100мкВт сигнал на внешнюю плату ( на которой будет детектор, АЦП и некая обработка).
Требования к зонду - простота, и (что важно) повторяемость параметров, чтобы можно было запустить маленькую серию.

Экспериментально делалось вот как:
В широкой стенке волновода с некоторым смещением от центра (чтобы не попасть в самое СВЧ-пекло) сверлится отверстие диаметром 3 мм. В плате - аналогичное отверстие. Плата напаивается на широкую стенку волновода. В отверстие впаивается латунный винтик диаметром 2 мм, его длина выбирается экспериментально. С этого винтика собственно сигнал и берется.

Что не нравится?
Всё!
Не хочется напаивать плату. (Это не технологично. Напаянная плата автоматически становится однослойной, а это значит что ацп и процессор придется раскладывать на второй плате)
Таких зондов должно быть 4 штуки по длине волновода, расставленных с шагом 30 мм - а с учетом неслабой мощности в волноводе вероятны разные эффекты типа падения напряжения вдоль волновода (т.е. у разных зондов разные "земли").


Как еще можно было бы решить данную задачу ?

Вообще-то любое отверстие хоть в широкой, хоть в узкой стенке волновода "светит" наружу. Как сильно отверстие излучает зависит от размеров, формы (могут быть круглые, овальные, крестообразные, в виде щели прямой или наклонной и т.п.), и расположения отверстия, а также от толщины стенки волновода. На этом принципе построены все волноводные ответвители. Поэтому необязательно заводить внутрь волновода зонд (в виде штыря или петли).

Если рядом с отверстием (или несколькими, расположенными в ряд) расположить полосковую линию, то в полосковой линии будет наводится мощность. И получится ответвитель. Желательно в месте расположений отверстий полосковую линию экранировать снаружи т.е. получится коаксиальная линия с отверстием в общей стенке с волноводом (а то излучение будет светить еще и на Вас). Один конец полосковой линии идет к Вашему датчику, а второй конец лучше закончить согласованной нагрузкой. Если частота одна конкретная, то второй конец можно посадить на КЗ или на разрыв, но тогда нужно брать его длину такой, чтобы отраженный от этого конца сигнал складывался в фазе с идущим по второму плечу.

Если почитать много умных книг, сделать много отверстий правильной формы и в нужном месте, то можно сделать отличный широкополосный ответвитель с хорошей направленностью.

Но в данном случае, как я понимаю, этого не требуется. Поэтому наверное на 1-3 отверстиях получится нормально. С точки зрения простоты и точности лучше, наверное, отверстия брать круглые. Если делать все одинаково, то и параметры будут одинаковыми.

Посчитать все это дело можно большинством, обсуждаемых на этом форуме программ (особенно которые 3D).

Это все общие рассуждения, а если надо более конкретно, то нужна дополнительная информация и более конкретные конструкционные требования, так как вариантов реализации может быть множество.

Андрей

Весьма важный вопрос: диапазон частот или фиксированная частота?
При фиксированной частоте и такой мощности можно (и нужно!!!) обойтись без отверстий.


Почитайте:
"Конструкции СВЧ устройств и экранов",А.М. Чернушенко и др., М., "Радио и связь", 1983 г.

Mirabella wrote:
>>Весьма важный вопрос: диапазон частот или фиксированная частота?
>>При фиксированной частоте и такой мощности можно (и нужно!!!) обойтись без отверстий.
>>Почитайте:
>>"Конструкции СВЧ устройств и экранов",А.М. Чернушенко и др., М., "Радио и связь", 1983 г.

Думаю частоту можно считать фиксированной, т.к. это обычный печной магнетрон. КСВ нагрузки не будет превышать 3, поэтому надеюсь частоту магнетрона будет водить дальше плюс-минус пары десятков МГц.
Намекните пожалуйста, что имелось ввиду под отсутствием отверстий. А то книгу листаю, но идею не могу просечь.

Зонд в отверстии - это широкоизвестный коаксиально-волноводный переход.
Сами понимаете, основная задача КВП -передать с минимальными потерями мощность в диапазоне частот. Вам надо другое:передать сигнал на устройство измерения, которое требует ослабление исходного уровня на 70...130 дБ. Цифра эта указывает путь к варианту решения: использовать недостаточную экранировку волновода.(Для этого ссылка на книгу.)
В этом отношении наиболее просто использовать самое слабое звено волноводного тракта :сочленение волноводов. Разместите свои зонд в прокладке между фланцами (естественно, с соответствующей изоляцией!) , для фиксированной частоты -это самый быстрый и простой вариант.
Можно пойти дальше: разместить зонд рядом с фланцами (найти место опытным путем), или даже просто рядом с волноводом или на его поверхности.
Но в любом случае, делать отверстия в волноводе с мощностью 1 КВт для того, чтобы получить 100 мкВт - не есть хорошо.

Mirabella wrote:
>>В этом отношении наиболее просто использовать самое слабое звено волноводного тракта :сочленение >>волноводов. Разместите свои зонд в прокладке между фланцами (естественно, с соответствующей >>изоляцией!) , для фиксированной частоты -это самый быстрый и простой вариант.
>>Можно пойти дальше: разместить зонд рядом с фланцами (найти место опытным путем), или даже просто >>рядом с волноводом или на его поверхности.

Думаю так не получится. Необходимо поставить 4 зонда вдоль волновода с шагом четверть волны. Поэтому вариант с фланцем не подходит. Вариант , когда зонд радом с волноводом - тоже сомнителен, т.к. как есть подозрение, что свист из недалеко расположенных фланцев, да и из самомго магнетрона (точнее из под его юбки) может перекрыть полезный сигнал. (культура производства у нас прихрамывает на обе ноги ... )

При киловатте, с ослаблением в 70 дб... сложновато будет. Можно попробовать просверлить дырочку в РЕБРЕ волновода и всунуть туда полужесткий коаксиал на небольшую глубину. Обеспечить контакт оплетки с волноводом как можно лучший. и зачистить несколько миллиметров центрального штыря- что то типа мелкой штыревой антенны. Только к этому всему еще прийдется микрометрический винт присобачивать для точной настройки коэффициента ослабления. И следить, чтобы не дай бог на этом штыре разряд не начался, а то кирдык всему сразу и однозначно.

А это уже другая задача.
Возникает вопрос: что надо получить в конечном итоге?

Mirabella wrote:
>> А это уже другая задача.
>>Возникает вопрос: что надо получить в конечном итоге?

Четырехзондовый измеритель КСВ и активной мощности. От идеи отходить нежелательно, все упирается в реализацию зондов.

Мерить мощность по излучению из фланцев, это как-то совсем уж экзотично. К тому же повторяемости добиться невозможно. А просверлить одно другое отверстие в стенке волновода это нормально. Все ответвители так работают, а там отверстий как минимум 2, а может быть и несколько десятков. Мощность конечно достаточно большая, но не рекордная. Главное чтобы не было заусенцев на краях отверстий.

Вот конкретный вариант конструктивного решения (почти что на вскидку) (см. рисунок):
Пусть толщина стенки волновода 3 мм. На широкой стенке фрезеруем канавку глубиной 2 мм перпендикулярно оси волновода от края к середине. По оси волновода сверлим отверстие в полученной канавке диаметром 4,6 мм. Сверху на канавку кладем полосковую линию полоском вниз, при этом конец полоска немного заходит за центр отверстия (в данном конкретном случае на 2 мм). Чтобы не было лишнего излучения полосковую линию прижимаем металлической крышкой. Не знаю, какой материал и толщина подложки Вашей полосковой линии. Я взял для определенности фторопласт (эпсилон =2) толщиной 1 мм. Если сообщите эпсилон и толщину подложки все можно пересчитать под Ваш материал.

Полосковая линия уходит вбок от волновода. Переходное ослабление получается порядка 70 дБ. В небольших пределах переходное ослабление можно регулировать, сдвигая конец полоска дальше или ближе за ось отверстия.

В общем, стенку волновода можно и не фрезеровать, а подложить под полосковую линию, соответствующую п-образную пластину, но тогда надо будет все пересчитать, т.к. изменится толщина стенки в районе отверстия.

Так вот. Паять ничего не надо. Возможна небольшая подстройка параметров. При точном изготовлении параметры будут повторяться. В моем понимании, конструкция достаточно проста. Можно все пересчитать под уточненные конструктивные и технические требования.


Если в полосковой линии дальше большой КСВн, то могут возникнуть переотражения от конца полоска, что может сказаться на точности. Если это важно, тогда может быть стоит изменить конструкцию (ввести согласованную нагрузку на конце, что, однако, усложняет конструкцию).

А кстати, если надо мерять КСВН, может лучше все таки, два встречных направленных ответвителя, пусть даже не очень хороших, если точность нужна не очень большая.

Андрей

четыре зонда , в принципе, изящное решение для серийного изделия . Кстати , таким образом можно мерить и фазу отраженки .
Если это делается для экспериментов , чтоб контролировать падающую/отраженную мощность - проще сделать ответвитель . На картинке " пушка " с которой иногда играюсь .

Да, при такой постановке задачи (мерять ослабление и КСВ) наверное не стоит изобретать велосипеда, а просто поставить два НО.
А посчитать их можно по:
Фельдштейн Ф.Ф., Явич Л.Р., Смирнов В.П. "Справочник по элементам волноводной техники".


P.S. Еще раз прочитала исходную постановку задачи:"...Необходимо сделать зонд, который бы передавал слабленный хотя бы до 100мкВт сигнал на внешнюю плату...".
Согласитель было бы лучше, если сразу написать: "....необходимо мерять КСВ и проходящую мощность к таком-то волноводе ....".
Согласитесь, что это достаточно разные задачи...

>>Да, при такой постановке задачи (мерять ослабление и КСВ) наверное не стоит изобретать велосипеда, >>а просто поставить два НО.
>>Согласитель было бы лучше, если сразу написать: "....необходимо мерять КСВ и проходящую мощность >>к таком-то волноводе ....".
>>Согласитесь, что это достаточно разные задачи... :)

Четырехзондовый метод был выбран, т.к. у него много преимуществ - маленькие габариты, простота реализации, относительно низкие требования к точности механической обработки (отверстия не обязательно должны быть одинаковыми, они ведь индивидуально калибруются), простая математическая обработка позволяет легко добыть любые параметры падающей и отраженной волн. Подчеркну, компактность очень важна - это необходимое требование заказчика. Поэтому пара НО пока видится менее подходящим вариантом. Интересную идею подкинул andreysar, в ближайшее время попробую прикинуть что-то подобное.

стр.333 указанной мной книги (начало главы).
Там дальше приведен практический расчет волноводного НО с ослаблением 50 дБ.
Чем вариант для Вас хорош: всё считается просто и однозначно. Быстро. Точно.
Зонды не нужны - это сложно и неоднозначно.
Предлагаемый мной НО можно смоделировать предварительно в HFSS.

Действительно для точности лучше собрать рефлектометр из двух НО. Я тоже это советовал. Но тут задача все-таки сильно упрощается тем, что частота одна. К тому же требуется простота и дешевизна. Поэтому может выбранный вариант и оптимален (мы же не знаем всех обстоятельств).

Насчет расчетов.... Какая разница, что считать по 3D программам зонд или НО. Насчет быстроты и точности это все-таки вопрос. Когда отношение сигналов, как в данном случае, порядка 70 дБ, точно посчитать для численных методов это все-таки достаточно серьезная задачка. Тут, кстати, многодырочный НО будет посчитать сложней и ресурсов это потребует побольше (примерно пропорционально количеству дырок). В любом случае, скорее всего нужна будет некоторая экспериментальная доводка под нужные параметры (но это касается как зонда , так и НО).

Насчет однозначности и неоднозначности... Главное, чтобы конструкция была воспроизводимая с достаточной точностью, тогда и параметры будут повторяться.

И еще необходимо помнить, что, если остановить выбор на НО, то необходимо будет посчитать и сделать достаточно приличную по параметрам нагрузку (в смысле хорошего КСВн), иначе направленности не будет никакой, соответственно и точности измерений.

Плюс, если делать боковой канал ответвителя волноводным (как в вашем примере), то необходим еще волноводно-полосковый переход тоже с достаточно хорошими параметрами.

То есть, надо будет решить еще две относительно серьезные задачки как в расчетном плане, так и в технологическом.

Есть конечно еще вариант - купить это все готовое, но он, как я понимаю, не рассматривается.

Андрей

PS насчет страницы 333... У меня, насколько я понимаю, другое издание этой книги (2-е) и там страница совершенно другая. Наверно лучше указывать название главы, а то можно попасть совсем на другой пример и невольно ввести человека в заблуждение.

Сразу представился молодой радиоинженер, рыдающий над стр.333.
Сквозь слезы слышен стон: "Мирабелла!!!, Ну зачем ты так ввела в заблуждение!!!"

Думаю, уважаемый andreysar, о своих коллегах не стоит думать так плохо.
Они разберутся, как найти в книге нужную страницу, если известно, о чем идет речь.


P.S. Или я не права, и необходимо прислать инструкцию: "Как найти нужную страницу в книге, чтобы не попасть на другой пример"?