Устройство монтажа активного элемента Советский патент 1992 года по МПК H01P1/10 

Изобретение относится к области СВЧ, в частности к устройствам СВЧ, имеющим в своем составе в качестве активных элементов (АЭ) полупроводниковые диоды, и наиболее эффективно может быть использовано в генераторах и усилителях СВЧ волноводного исполнения, особенно в коротковолновой части миллиметрового диапазона волн, где существенное влияние на параметры вышеуказанных приборов оказывает эффективность отвода тепла от полупроводниковой структуры.

Известны цанговые устройства монтажа, обеспечивающие достаточно эффективный отвод тепла от полупроводниковой структуры. Комбинированная цанга не требует значительных усилий при зажиме A3 и позволяет перемещать его по вертикали, что особенно ценно при подстройке генераторов и усилителей.

Однако цанговым устройствам монтажа присущи дополнительные электрические потери, что особенно сказывается в коротковолновой части миллиметрового диапазона волн. Кроме того, практическая реализация цанговых устройств монтажа по мере уменьшения сечения волноводного канала неприемлема, особенно в массовом производстве, ввиду сложности их конструкции.

Наиболее близким к изобретению является устройство монтажа активного элемента, содержащее корпус с каналом прямоугольного волновода, в котором между широкими стенками в сквозном отверстии установлен цилиндрический держатель с винтом фиксации, размещенным в резьбовом отверстии в теле корпуса перпендикулярно оси цилиндрического держателя, который при зажиме упирается в тело держателя АЭ. Такое устройство монтажа АЭ практически просто рею

ализуемо в любом сечении волновода, в том числе в коротковолновой части миллиметрового диапазона волн.

Однако наличие протяженной щели вдоль цилиндрической поверхности держателя и монтажного канала в известном устройстве ухудшает кондуктивный теплообмен АЭ с корпусом изделия, так как контакт поверхностей держателя и монтажного канала осуществляется фактически по линии, что приводит к значительным тепловым перегрузкам АЭ, уменьшающим надежность работы устройства в целом.

Кроме того, при настройке прибора или при исследовании характеристик АЭ для оптимального сопряжения с электродинамической системой возникает необходимость ослабления прижима держателя АЭ с целью перемещения его в монтажном канале под электрической нагрузкой. При этом из-за еще большего ухудшения кондуктивного теплообмена АЭ с корпусом устройства часто происходит перегрев и тепловой пробой полупроводниковой структуры.

При этом винт фиксации, упирающийся в держатель, деформирует последний, вследствие чего при окончательном прижиме за счет люфта и биений в резьбовом соединении направление прижимающей силы строго по оси держателя не может быть выдержано, и держатель разворачивается за счет трансформации этой силы в силу, вращающую держатель. Происходит азимутальный разворот держателя АЭ, сбивается точность настройки, что приводит к многократным попыткам настройки для достижения удовлетворительного результата, причем повторяемость результатов сомнительна. Деформация держателя (как правило изготовленного из меди) вызывает сложности при его изъятии в случае замены АЭ, что иногда приводит к потере весьма ценного корпуса изделия.

Цель изобретения - улучшение теплоот- вода от АЭ за счет прижима держателя АЭ на существенно большей площади.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве монтажа активного элемента, содержащем корпус с каналом прямоугольного волновода, в котором между широкими стенками в сквозном отверстии установлен цилиндрический держатель с винтом фиксации, размещенным в резьбовом отверстии в теле корпуса перпендикулярно оси цилиндрического держателя, между винтом фиксации и цилиндрическим держателем размещен введенный консольный элемент, который выполнен в теле корпуса и отделен от него сквозными прорезями, при этом проекция консольного элемента на плоскость, перпендикулярную широким стенкам прямоугольного волновода, имеет Р-образ- ный вид.

Ширина прорези, отделяющей консольный элемент, выбирается минимально возможной. Например, для частот в диапазоне от 9 до 120 ГГц диаметр держателя составляет 3-2 мм. Ширину прорези целесообразно выбирать равной величине допуска по h9

на эти диаметры. В данном случае ширина прорези будет находиться в пределах 0,036-0,025 мм, что легко реализуемо, например, электроискровым способом, Верхняя полочка Р-образного прижимного

элемента расположена на расстоянии Ав/4, где Ав - средняя длина волны рабочего диапазона, от ближайшей к ней широкой стенки прямоугольного волновода. Отверстие, центрирующее винт фиксации, расположено на

противоположной от рабочей грани Р-образного элемента на расстоянии п Ав/4, где п - нечетное число, от нижней стенки волновода. Длина рабочей грани Р-образного элемента составляет 1,4-1,5 длины держателя,

а ширина стойки Р-образного элемента выбрана равной десяти ширинам сквозной прорези.

В предложенном техническом решении касание поверхностей держателя и монтажного канала после прижима осуществляется в худшем случае по двум линиям и теплоот- вод улучшается за счет дополнительной кон- дуктивной передачи тепла к консольному Р-образному элементу, а затем к корпусу

устройства. Выбранное решение позволяет выполнять диаметры держателя и монтажного канала на участке прижима по тугой посадке, так как при вводе держателя в монтажный канал происходит сдвиг консольного

элемента, чем обеспечивается скольжение держателя в канале.

При настройке прибора или при исследовании характеристик АЭ для оптимального сопряжения с электродинамической

системой ослабление прижима держателя АЭ с целью перемещения его в монтажном канале обеспечивает более эффективный теплоотвод от полупроводниковой структуры и, как показали исследования, перегрев

полупроводниковой структуры не превышает допустимый для основного массива изготовленной партии АЭ.

Предлагаемое техническое решение исключает также разворот держателя по азимуту, так как винт фиксации упирается в элемент прижима - консольный элемент, а не в сам держатель. При этом деформация держателя исключается и проблемы замены АЭ не существует.

На чертеже показан один из вариантов выполнения устройства монтажа АЭ, разрез участка диодно-волноводной секции 1 вдоль продольной оси волновода 2 перпендикулярно его широкой стенке,

Активный элемент 3, питание к которому подводится штыревым фильтром4, смонтирован на штыревом цилиндрическом держателе 5, установленном в монтажном канале 6. Консольный элемент 7 выполнен в теле диодно-волноводной секции и отделен от нее сквозными прорезями по незамкнутой ломаной линии в виде буквы Р. Фиксирующий винт 8, упирающийся в стенку консольного Р-образного элемента, входит в направляюще-центрирующее отверстие и не имеет резьбы на конце на длине на 1,5-2 мм большем, чем глубина отверстия в стенке Р-образного элемента Такое сочленение фиксирующего винта и Р-образного элемен- та исключает боковой сдвиг и скручивание последнего.

Выполнение устройства монтажа активного элемента описанным образом обеспечивает улучшение теплоотвода от АЭ за счет прижима держателя АЭ к существенно большей теплоотводящей площади, исключение разворота АЭ по азимуту и не деформирует держатель за счет упора винта фиксации в консольной Р-образный эле- мент, выполненный вышеописанным образом, а также позволяет производить

настройку СВЧ-устройства под электрической нагрузкой без существенного ухудшения теплоотвода.

Экспериментальные исследования СВЧ-приборов показали, что по сравнению с устройством-прототипом предлагаемое устройство позволяет сократить время настройки прибора более чем в два раза, уменьшить частоту выхода из строя из-за перегрева полупроводниковой структуры при настройке и отборе АЭ по параметрам более чем в 5 раз.

Формула изобретения Устройство монтажа активного элемента, содержащее корпус с каналом прямоугольного волновода, в котором между широкими стенками в сквозном отверстии установлен цилиндрический держатель с винтом фиксации, размещенным в резьбовом отверстии в теле корпуса перпендикулярно оси цилиндрического держателя, о т- личающееся тем, что, с целью улучшения теплоотвода, между винтом фиксации и цилиндрическим держателем размещен введенный консольный элемент, который выполнен в теле корпуса и отделен от него сквозными прорезями, при этом проекция консольного прижимного элемента на плоскость, перпендикулярную широким стенкам прямоугольного волновода, имеет Р-образный вид

Изобретение может быть использовано в СВЧ-устройствах. Целью изобретения является улучшение теплоотвода. Устройство монтажа активного элемента содержит корпус 1 с каналом прямоугольного волновода 2, в котором между широкими стенками в сквозном отверстии 6 установлен цилиндрический держатель 5 с винтом 8 фиксации, размещенным в резьбовом отверстии в теле корпуса 1 перпендикулярно оси цилиндрического держателя 5.Между винтом 8 фиксации и цилиндрическим держателем 5 размещен введенный элемент 7, который выполнен в теле корпуса 1 и отделен от него сквозными прорезями. Улучшение теплоотвода достигается за счет прижима цилиндрического держателя 5 к вдвое большей теплоотводящей поверхности, 1 ил.