ГИБКИЙ ВОЛНОВОД Российский патент 2004 года по МПК H01P3/14 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, а именно - к конструкции гибкого волновода, используемого для механической развязки отдельных функциональных устройств волноводного тракта.

Используемые на СВЧ гибкие гофрированные волноводы прямоугольного сечения (Гибкие волноводы в технике СВЧ. Под ред. Э.А.Альховского, М.: Радио и связь, 1986) характеризуются ограниченными возможностями к некоторым видам механических деформаций, причем допустимая амплитуда деформаций уменьшается с увеличением их продолжительности. Эти ограничения для гофрированных волноводов обусловлены недостаточной упругостью тонкостенной гофры, ее усталостью, несмотря на защитную оболочку из эластичного материала. Для улучшения механических свойств гофрированных волноводов известны различные технические решения:

- применение тонкостенных газонаполненных волноводов, армированных с внешней стороны прямоугольными рамками, обеспечивающими сохранение поперечных размеров волновода (заявка Японии 01-187692, 1989 г.);

- введение во внутреннюю полость гофрированного волновода, эластичного диэлектрического стержня, равномерно распределяющего деформации по длине волновода (патент США №5528208, 1996 г.);

- применение прямоугольных рамок, нанизанных на гибкие металлические стержни, шарнирно закрепленных на фланцах гибкого волновода (патент РФ №1809719, 1997 г.).

Принципиально отличающимся от перечисленных решений является гибкий волновод позвонкового типа (заявка Японии №61-255101, 1986 г.), образованный из звеньев четвертьволновой длины, соприкасающихся друг с другом по сферическим поверхностям, причем подвижность соединения звеньев обеспечивается посредством сложной системы рычагов и шарниров. Несмотря на сложность конструкции, такой волновод пригоден только для отработки изгибов и скрутки.

Целью данного изобретения является создание сравнительно простой, но надежной конструкции гибкого волновода, допускающей всевозможные виды деформаций: растяжение - сжатие, изгибы в любой плоскости, скрутку и параллельное смещение фланцев, в том числе и одновременное их воздействие. Сущность предлагаемого изобретения заключается в использовании в качестве гибких связей для подвижных звеньев волновода цилиндрических пружин, размещаемых в продольных пазах на общей внешней цилиндрической поверхности, которые в средней части каждого звена обжаты проволочными кольцами-хомутиками, утопленными заподлицо с цилиндрической поверхностью в кольцевых проточках. Кроме того, подвижность звеньев относительно друг друга при скручивании обеспечивается наличием цилиндрических заглублений в точках пересечения пружин с линиями раздела звеньев. Для обеспечения герметичности гибкого волновода применен эластичный гофрированный кожух

Важным свойством предлагаемой конструкции гибкого волновода является его способность после снятия деформирующих факторов приходить в исходное недеформируемое состояние под воздействием сил упругости пружин. Система пружин, обеспечивающая равномерное распределение деформаций между двумя соседними звеньями, имеющими четвертьволновую длину волноводного канала, является основным фактором стабилизации электрических параметров гибкого волновода при всевозможных видах деформации.

На фиг.1-3 приведена конструкция гибкого волновода, состоящего из двух звеньев-фланцев и нескольких промежуточных звеньев; на фиг.4 - вариант конструкции гибкого волновода, состоящего из двух фланцев с промежуточным звеном шарообразной формы.

Гибкий волновод позвонкового типа (фиг.1-3) состоит из двух крайних звеньев-фланцев 1 и 2, между которыми размещена цепочка из нескольких одинаковых промежуточных звеньев 3 четвертьволновой длины, которые соприкасаются друг с другом и крайними звеньями по сферическим поверхностям 4. Дроссельные зазоры Δ между подвижными звеньями обеспечивается фторопластовыми кольцами 5, установленными в дроссельных канавках. Помимо фиксации зазора Δ, они служат и для уменьшения трения между подвижными звеньями. Подвижная механическая связь звеньев обеспечивается системой цилиндрических пружин 6, размещенных в продольных пазах на общей внешней цилиндрической поверхности. Концы пружин закреплены винтами 14 на крайних звеньях 1, 2. В средней части каждого промежуточного звена пружины обжаты проволочными кольцами-хомутиками 7, которые утоплены в кольцевых проточках заподлицо с внешней цилиндрической поверхностью волновода. В точках пересечения пружин с линиями раздела звеньев сделаны цилиндрические заглубления 8 для обеспечения возможности скручивания. Эластичный гофрированный кожух 9 герметично закреплен только на крайних звеньях-фланцах 1 и 2, чтобы не ограничивать подвижность промежуточных звеньев. Сечение волноводного канала 11 средних звеньев выполнено овальным для стабилизации электрических параметров волновода при воздействии на него деформирующих факторов. Согласование со стандартным волноводом 12 на входе и выходе обеспечивается четвертьволновым трансформатором 13.

На фиг.4 приведен вариант малогабаритного подвижного сочленения, обладающего всеми свойствами гибкого волновода. Подвижное сочленение состоит из двух фланцев 1 и 2 и промежуточной секции 3, выполненной в виде сферы с волноводным каналом длиной в три четверти длины волны. Как и в случае гибкого волновода, подвижность сочленения обеспечивается с помощью цилиндрических пружин 6, концы которых закреплены на фланцах 1 и 2, а средняя часть - с гребнем, проходящим по “экватору” сферы. Вогнутые сферические поверхности фланцев скользят по гладкой поверхности сферы. Для улучшения электрического контакта в сфере предусмотрены дроссельные канавки 5, заполненные диэлектриком.

Экспериментальные исследования макета гибкого волновода с семью промежуточными звеньями, выполненного на волноводе сечением 28,5×12,6 мм (суммарная длина 150 мм), показали, что в 15%-ной полосе частот устройство сохраняет коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) входа на уровне не выше 1,25 и потери на уровне не выше 0,2 дБ при следующих деформациях:

- растяжение - до 10 мм;

- изгиб в Н-плоскости - до 60°;

- изгиб в Е-плоскости - до 30°;

- скрутка - до 90°;

- параллельные смещения фланцев - до 10 мм.

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно - к конструкции гибкого волновода, используемого для механической развязки отдельных функциональных устройств волноводного тракта. Гибкий волновод позвонкового типа состоит из четвертьволновых звеньев с дроссельными канавками на торцевой сферической поверхности и системы подвижных элементов связи. В качестве элементов связи использованы цилиндрические пружины, размещенные в продольных пазах на общей внешней цилиндрической поверхности звеньев, концы которых закреплены на крайних звеньях. В средней части каждого промежуточного звена пружины охвачены стягивающими кольцами (хомутиками), а в точках пересечения продольных пазов с линией раздела звеньев выполнены цилиндрические отверстия. Техническим результатом является обеспечение всевозможных видов упругих деформаций с сохранением электрических параметров на достаточно высоком уровне. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Гибкий волновод позвонкового типа, состоящий из четвертьволновых звеньев с дроссельными канавками на торцевой сферической поверхности и системы подвижных элементов связи, отличающийся тем, что в качестве элементов связи использованы цилиндрические пружины, размещенные в продольных пазах на общей внешней цилиндрической поверхности звеньев, концы которых закреплены на крайних звеньях, причем в средней части каждого промежуточного звена пружины охвачены стягивающими кольцами (хомутиками), а в точках пересечения продольных пазов с линией раздела звеньев выполнены цилиндрические отверстия.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что промежуточное звено выполнено сферической формы с длиной волноводного канала, равной 3/4 длины волны в волноводе.