МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ВРАЩАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО Российский патент 2024 года по МПК H01P1/06 

Изобретение относится к технике СВЧ и электротехнике и может быть использовано для создания абонентских терминалов связи с полноповоротным наведением антенны, радиолокаторов и других подобных устройств.

Известно многоканальное СВЧ вращающееся соединение (RU 2741758 C1), которое состоит из одноканальных вращающихся соединений, установленных соосно одно над другим. Каждое соединение выполнено на основе коаксиальной линии с четвертьволновыми короткозамкнутыми шлейфами в виде радиальной линии и согласующими переходами на концах. Данное устройство не позволяет передавать низкочастотные сигналы и питание. Имеет сложную конструкцию, состоящую из множества сложных мелких деталей. Устройство передает СВЧ-энергию в диапазоне всего до 3100 МГц.

Известно многофункциональное вращающееся устройство (RU 2340047 C1), содержащее последовательно соединенные волноводное вращающееся сочленение (ВВС), вращающееся контактное устройство (ВКУ), коаксиальное вращающееся сочленение, имеющие общую ось вращения и коробку ввода кабелей. ВВС и ВКУ имеют внутренние каналы, оси которых совпадают с общей осью вращения.

Известно многоканальное вращающееся сочленение (RU 2260229 C1), которое содержит концентрично расположенные отрезки коаксиальных линий с четвертьволновыми короткозамкнутыми изоляторами и согласующие переходы на концах, подвижно сочленяемые посредством системы четвертьволновых дроссельных зазоров. Данное устройство не позволяет передавать низкочастотные сигналы и/или питание, не содержит механического привода. Данное устройство выбрано в качестве прототипа заявленного изобретения.

Общими недостатками известных конструкций многоканальных вращающихся устройств являются их сложность и большие массогабаритные характеристики, а также отсутствие механического привода.

Для заявленного изобретения выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: вращающееся устройство для передачи и пропускания СВЧ-энергии, в котором вращение реализовано за счет двухрядного подшипника, состоящее из центральной и внешней вращающихся коаксиальных линий, охватывающих одна другую, с общей осью, вокруг которой осуществляется вращение.

Технической проблемой изобретения является уменьшение габаритов и массы конструкции устройства, введение в него механического привода, обеспечение передачи двух независимых СВЧ-сигналов в высоких частотных диапазонах до 30 ГГц, повышение технологичности и упрощение конструкции.

Техническими результатами изобретения являются:

1. Возможность одновременной передачи высокочастотной и низкочастотной энергии от неподвижной к вращающейся части;

2. Наличием электромеханического привода, что делает данную конструкцию законченным автономным опорно-поворотным устройством;

3. Упрощение конструкции за счет уменьшения количества отдельных деталей с целью.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в многофункциональном вращающемся устройстве, которое состоит из двух, охватывающих одна другую, коаксиальных линий с общей осью, вокруг которой осуществляется вращение центральной коаксиальной линии, образованной втулкой центрального коаксиала, и проходящим по его оси проводником центрального коаксиала и внешней коаксиальной линии, образованной втулкой внешнего коаксиала и втулкой внутреннего коаксиала, при этом коаксиальные линии запитаны с коаксиальных разъемов, согласно заявленному изобретению проводник центрального коаксиала запитан с двух коаксиальных разъемов: с одной стороны коаксиальный разъем подключен напрямую к проводнику центрального коаксиала, а с другой стороны коаксиальный разъем смещен относительно оси проводника внутри полости, образующей отрезок волновода; на противоположных друг другу торцевых поверхностях втулки внешнего коаксиала, одна из которых является корпусом делителя, выполнены П-образные волноводные каналы и делителей мощности, причем П-образные волноводные каналы имеют концентрически расположенные выходы, каждый из которых связан с зондом, выступающим вовнутрь коаксиальной полости втулки внешнего коаксиала; при этом устройство содержит электромеханический привод, образованный электромотором, закрепленным на подвижной части устройства, имеющим малое зубчатое колесо на валу, и большим зубчатым колесом, закрепленным на неподвижной части устройства, концентрично с осью вращения устройства, при этом на неподвижной части закреплен токосъемник, образованный печатной платой с кольцевыми дорожками, а на подвижной части установлены подпружиненные контакты.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется при помощи графического материала, где изображено:

- на фиг. 1 – общий вид трехмерной модели многофункционального вращающегося устройства;

- на фиг. 2 – внутренняя полость СВЧ-каналов и делительная схема волноводной структуры, состоящей из П-образных волноводных каналов и делителей мощности;

- на фиг. 3 – поперечное сечение П-образного волноводного канала;

- на фиг. 4 – поперечное сечение многофункционального вращающегося устройства;

- на фиг. 5 – вид сбоку.

На фиг. 2-5 введены следующие позиционные обозначения:

1 – зонды; 2, 3 –делители мощности; 4 – кольцевые дорожки на плате токосъемника; 5 – выступающий элемент П-образного волноводного канала; 6 – проводник центрального коаксиала; 7 – изолирующие шайбы; 8 – коаксиальные разъемы; 9 – двухрядный радиально-упорный подшипник; 10 – втулка внешнего коаксиала, 11 – гайка; 12 – корпус делителя; 13 – корпус подшипника; 14 – крышка делителя; 15 – крышка волновода; 16 – втулка центрального коаксиала; 17 – ведомое зубчатое колесо; 18 – плата токосъемника; 19, 20 – крепежные винты; 21 – электромотор, 22 – ведущее зубчатое колесо, 23 – токопроводящие стержни; 24 – подпружиненный скользящий контакт, 25 – диэлектрический корпус, 26 – контактная пластина.

Заявленное многофункциональное вращающееся устройство способно передавать и пропускать СВЧ-энергию в высоких диапазонах частот, таких как Ku- и Ka-диапазоны и состоит из двух, охватывающих одна другую, коаксиальных линий с общей осью, вокруг которой осуществляется вращение (далее ось вращения):

- центральной коаксиальной линии, образованной втулкой центрального коаксиала 15 и проходящим по его оси проводником центрального коаксиала 6;

- внешней коаксиальной линии, образованной втулкой внутреннего коаксиала 16 и втулкой внешнего коаксиала 10.

Для подачи и съема СВЧ-энергии используются стандартные коаксиальные разъемы 8. Передача энергии через центральную коаксиальную линию осуществляется непосредственным контактом жилы разъема 8 с проводником центрального коаксиала 6 с одной стороны, а с другой разъем смещен на некоторое расстояние внутри отрезка волновода, образованного крышкой делителя 14 и крышкой волновода 15. Передача энергии через внешнюю коаксиальную линию осуществляется путем возбуждения ТЕМ-волны при помощи четырех зондов 1, выступающих во внутрь коаксиальной полости втулки внешнего коаксиала 10. Подвод энергии к зондам 1 осуществляется за счет делительной схемы волноводной структуры, выполненной в виде П-образных волноводных каналов 5 и делителей мощности СВЧ-энергии 2, 3. Волноводные каналы 5 выполнены в деталях поз. 10 и 12 и закрываются деталями поз. 14 и 16. При этом П-образные волноводные каналы имеют концентрически расположенные выходы, связанные с соответствующими зондами 1. Для соосного вращения деталей в конструкции установлен двухрядный радиально-упорный подшипник 9, который закреплен в корпусе подшипника 13 и фиксируется гайкой 11.

Для дальнейшего понимания, необходимо пояснить, что к неподвижной части устройства относятся позиции: 23, 8 (с нижней стороны), 16, 17, 18, 6, 10, 11, 7, 19, 9 (внутреннее кольцо двухрядного радиально-упорного подшипника); к подвижной части относятся позиции: 8 (с верхней стороны), 20, 15, 14, 12, 13, 21, 22, 26, 25, 24, 9 (внешнее кольцо двухрядного радиально-упорного подшипника).

Передача СВЧ-энергии между подвижной и неподвижной частями коаксиальных линий осуществляется зазором величиной 0,05-0,1 мм. Электромеханический привод многофункционального вращающегося устройства образован электромотором 21, на вал которого крепится ведущее малое зубчатое колесо 22 и ведомым большим зубчатым колесом 17, которое закреплено на неподвижной части устройства крепежными винтам 19 к втулке внешнего коаксиала 10. Электромотор 21 закреплен на подвижной части устройства, а именно на корпусе подшипника 13, который, в свою очередь закреплен на корпусе делителя 12. Токосъемник, закрепленный на неподвижной части образован печатной платой 18 с кольцевыми дорожками 4, закрепленной поверх ведомого зубчатого колеса 17 и подпружиненными скользящими контактами 24, установленными внутри диэлектрических корпусов 25, закреплённых на подвижной части устройства. Подвод питания к плате осуществляется токопроводящими стержнями 23, а съем со скользящих контактов контактными пластинами 26.

Заявленное многофункциональное вращающееся устройство работает следующим образом. При подведении СВЧ-энергии к коаксиальным разъемам 8, например, со стороны неподвижной части центральной коаксиальной линии, энергия передается без преобразования типа волны до входа в отрезок волновода, где ТЕМ-волна преобразовывается в тип Н01 и передается по отрезку волновода. Затем, через выступающий в полость волновода проводник центрального коаксиала, волна Н01 снова преобразуется в ТЕМ-волну и поступает в разъем со стороны подвижной части устройства. Передача энергии во внешней коаксиальной линии осуществляется через разъем, который соединен проводником центрального коаксиала с делительной схемой, выполненной в виде П-образных волноводных каналов 5 и делителей мощности СВЧ-энергии 2, 3. ТЕМ-волна из разъема поступает на делитель мощности 3, где происходит преобразование типа волны и синфазное деление по уровню -3 дБ. Затем по П-образным волноводам сигнал передается на делители мощности 2, где происходит деление по уровню -6 дБ. После чего энергия поступает на четыре зонда 1, которые возбуждают во внешней коаксиальной линии ТЕМ-волну и передают её на подвижную часть устройства, где имеется идентичная схема запитки. Там происходит обратное преобразование и суммирование сигнала, после чего энергия поступает на разъем со стороны подвижной части устройства. Механическое вращение в устройстве реализовано за счет двухрядного подшипника 9 и зубчатой передачи, образованной зубчатыми колесами 17, 22 и приводимой в движение электромотором 21. За счет разности диаметров зубчатых колес происходит редукция, повышающая крутящий момент устройства.

Токосъемник, образованный печатной платой 18 с проводниками в виде кольцевых дорожек 4 и токопроводящими стержнями 23, позволяет передавать электропитание и низкочастотные сигналы через устройство. Передача тока происходит в месте контакта стержней с дорожками, при этом контакты подпружинены и имеют возможность скользить по дорожкам без трения.

Заявленное устройство может быть использовано для создания абонентских терминалов связи с полноповоротным наведением антенны, радиолокаторов и других подобных устройств в качестве опорно-поворотного узла.

Изобретение относится к технике СВЧ. Многофункциональное вращающееся устройство для передачи и пропускания СВЧ-энергии, в котором вращение реализовано за счет двухрядного подшипника, состоящее из двух, охватывающих одна другую, центральной коаксиальной линии, образованной втулкой центрального коаксиала, и проходящим по его оси проводником центрального коаксиала и внешней коаксиальной линии, образованной втулкой внешнего коаксиала и втулкой внутреннего коаксиала с общей осью, вокруг которой осуществляется вращение, при этом линии запитаны с соответствующих коаксиальных разъемов. Проводник центрального коаксиала запитан с двух коаксиальных разъемов: с одной стороны коаксиальный разъем подключен напрямую к проводнику, а с другой стороны коаксиальный разъем смещен относительно оси проводника внутри полости, образующей отрезок волновода; на противоположных друг другу торцевых поверхностях втулки внешнего коаксиала, одна из которых является корпусом делителя, выполнены волноводные каналы из П-образных волноводов и делителей мощности, причем П-образные волноводы имеют концентрически расположенные выходы, каждый из которых связан с зондом, выступающим вовнутрь коаксиальной полости втулки внешнего коаксиала; при этом устройство содержит электромеханический привод, образованный электромотором, закрепленным на подвижной части устройства, имеющим малое зубчатое колесо на валу, и большим зубчатым колесом, закрепленным на неподвижной части устройства, концентрично с осью вращения устройства, при этом на неподвижной части закреплен токосъемник, образованный печатной платой с кольцевыми дорожками, а на подвижной части установлены подпружиненные контакты. Технический результат - возможность одновременной передачи высокочастотной и низкочастотной энергии от неподвижной к вращающейся части, упрощение конструкции. 5 ил.

Многофункциональное вращающееся устройство для передачи и пропускания СВЧ-энергии, в котором вращение реализовано за счет двухрядного подшипника, состоящее из двух, охватывающих одна другую, центральной коаксиальной линии, образованной втулкой центрального коаксиала, и проходящим по его оси проводником центрального коаксиала и внешней коаксиальной линии, образованной втулкой внешнего коаксиала и втулкой внутреннего коаксиала с общей осью, вокруг которой осуществляется вращение, при этом линии запитаны с соответствующих коаксиальных разъемов, отличающееся тем, что проводник центрального коаксиала запитан с двух коаксиальных разъемов: с одной стороны коаксиальный разъем подключен напрямую к проводнику, а с другой стороны коаксиальный разъем смещен относительно оси проводника внутри полости, образующей отрезок волновода; на противоположных друг другу торцевых поверхностях втулки внешнего коаксиала, одна из которых является корпусом делителя, выполнены волноводные каналы из П-образных волноводов и делителей мощности, причем П-образные волноводы имеют концентрически расположенные выходы, каждый из которых связан с зондом, выступающим вовнутрь коаксиальной полости втулки внешнего коаксиала; при этом устройство содержит электромеханический привод, образованный электромотором, закрепленным на подвижной части устройства, имеющим малое зубчатое колесо на валу, и большим зубчатым колесом, закрепленным на неподвижной части устройства, концентрично с осью вращения устройства, при этом на неподвижной части закреплен токосъемник, образованный печатной платой с кольцевыми дорожками, а на подвижной части установлены подпружиненные контакты.