Делитель мощности и способ изготовления преобразователя типов волн Советский патент 1993 года по МПК H01P5/12 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в вол- новодных трактах для деления мощности СВЧ.

Целью изобретения является упрощение конструкции, увеличение, числа каналов деления, упрощение технологии изготовления.

Цель достигается тем, что в конструкции делителя мощности, содержащем последовательно расположенные входной круглый волноводе волной Hoi, преобразователь типов волн и выходные прямоугольные волноводы и волной Ню. равномерно расположенные по окружности, при этом

преобразователь типов волн содержит внешний проводник и внутренний проводник, выполненный в виде конуса, часть внутреннего проводника преобразователя типов волн выполнена в виде цилиндра и в нем равномерно, по его окружности выполнены канавки переменного сечения от прямоугольного до трапецеидального, при этом профиль канавок переменного сечения имеет вид сочетания прямоугольного и трапецеидального сечений. Увеличение числа каналов деления, при постоянных размерах круглого и прямоугольного волноводов достигается тем, что внешний проводник преобразователя типов волн выполнен в виде усеченного прямого конуса.

00

о

00 О1

ы

При осуществлении способа изготовления типов волн, для обеих случаев, включающего изготовление внешнего и внутреннего проводников, цель достигается тем, что внешний и внутренний проводники изготавливают посредством механической обработки и на внутреннем проводнике канавки переменного сечения выполняют на цилиндре или конусе последовательно посредством дисковой и трапецеидальной фрез, при этом, при перемещении трапецеидальной фрезы осуществляют наклрн оси цилиндра или конуса относительно направления перемещения трапецеидальной фрезы.

Признаки отличающие устройство позволяют выполнить конструкцию делителя мощности с каналами деления и преобразования, имеющими прямолинейные формы поверхностей и высокую степень повторяемости конфигурации каналов и при постоянных размерах круглого и прямоугольных волноводов получить практически неограниченное число каналов деления, что является новым свойством для такого рода устройств.

Указанное выше позволяет значительно упростить конструкцию, создать делитель мощности с малыми потерями на преобразование волны в электрическом поле волноводов и высокой точностью распределения СВЧ-энергим по каналам деления, не зависимо от их количества, что является новым положительным эффектом.

Признаки способа изготовления преобразователя типа волн включают в себя известные технологические приемы механической обработки материалов: токарная обработка и фрезерование, однако такие существенные признаки, как изготовление механической обработкой непосредственно электропроводных поверхностей и при этом получение канавок переменного профиля фрезами постоянного профиля, придают новое свойство известной технологии.

Указанное выше существенно упрощает технологию изготовления преобразователя типов волн, позволяет получить электропроводные поверхности с лучшей шероховатостью и более точными размерами, а каналы деления с более высокой степенью повторяемости, что является новым положительным эффектом.

Предлагаемые конструкции и способ изготовления иллюстрируются чертежами: на фиг.1 изображен общий вид делителя мощности с цилиндрической поверхностью на внутреннем проводнике преобразователя типов волн; на фиг.2 показан общий вид

делителя мощности с конической поверхностью на внутреннем проводнике преобразователя типов волн; на фиг.З изображен вид с торца делителя мощности, показанного на

фиг.2; на фиг.4 показан вид с торца делителя мощности, показанного на фиг. 1; на фиг.5 - изображено сечение по прямоугольным волноводным каналам в цилиндрической части внутреннего проводника преобразова0 теля; на фиг,6 - показан вид с торца на выходные прямоугольные волноводы на фиг.1; на фиг.7 - изображено сечение по трапецеидальным волноводным каналам в цилиндрической части внутреннего провод5 ника преобразователя; на фиг.8 - показано сечение по круглому волноводу и конусу; на фиг.9 - изображена стыковка выходного прямоугольного волновода с преобразователем типов волн; на фиг.10 - показано се0 чение по месту стыковки, изображенному на фиг.1 и 9; на фиг.11 -изображен внутренний проводник преобразователя типов волн; на фиг. 12 - показано сечение делителя мощности по оси одного из каналов делителя; на

5 фиг. 13-18 - изображено в различных сечениях делителя мощности преобразование волны Hoi от круглого волновода в врлну Ню ,с прямоугольных волноводах; на фиг.19 показаны в сечении элементы канала деления

0 СВЧ-мощности и их буквенные обозначения; на фиг.20 изображены на виде с торца фиг,19 элементы канала деления СВЧ-мощности и их буквенные обозначения; на фиг.21 показано взаимное расположение

5 элементов технологического процесса в-нэ- чале и конце фрезерования прямоугольного профиля канавки; на фиг.22 изображено расположение по фиг.21 при вида с торца; на фиг.23 показаны в сечении геометрич е0 ские размеры трапецеидального и прямоугольного волноводов, буквенные обозначения ширины, высоты и угла; на . фиг,24 изображено взаимное расположение элементов технологического процесса в на5 чале и конце фрезерования трапецеидального и смешанного профиля канавки; на фйг.25 - показано взаимное расположение по фиг.24 при виде с торца.

Делитель мощности содержит входной

0 круглый волновод 1, преобразователь типов волн 2 и выходные прямоугольные волноводы 3, равномерно расположенные по окружности (см. фиг.1 и 2).

Для обеспечения удобства функциони5 рования, круглый волновод 1 имеет стыковочный фланец 4, а прямоугольные волноводы 3 изогнуты, разведены и заканчиваются стыковочными фланцами 5.

Размеры профиля а и b прямоугольного волновода 3 и длина каналов переменного

сечения (не менее 30 длин волн в волноводе) в преобразователе типов волн 2 задаются из условия получения заданных радиотехнических параметров.

Преобразователь типов волн 2 в вари- анте выполнения на фиг.1 содержит: внешний проводник 6, внутренний проводник 7, выполненный в виде конуса. Часть проводника 7 выполнена в.виде цилиндра 8, имеющего диаметр d. Диаметр d цилиндра 8 имеет тот же размер, что и внутренний диаметр волновода 1.

. На цилиндре 8 равномерно по окружности выполнены канавки переменного сечения, причем трапецеидальные канавки 9 плавно переходят в прямоугольные канавки 10, при этом профиль канавок на участке 11 имеет вид сочетания трапецеидального и прямоугольного сечений.

Сечение внутреннего проводника 7 на стыке с его цилиндрической частью 8 имеет форму многогранника: состоящего из граней, равных размеру а в прямоугольных сечениях канавок и размеру ai в трапецеидальных сечениях канавок, при этом размер ai равен по величине размеру а.. - .

Размеры сечения прямоугольных канавок 10 и а и b определяются размерами прямоугольного волновода 3.

Входные геометрические размеры трапецеидальных канавок 9 преобразователя 2 определяются диаметром d цилиндра 8, равного внутреннему диаметру круглого волновода 1, числом каналов деления п и высотой а прямоугольного волновода 3.

Переменными величинами канавок 9 и 11 являются размеры 32 и bi.

После соединения, например, пайкой, внешнего проводника 6 и внутреннего про- водника 7, в преобразователе образуются во.лноводные каналы переменного сечения.

Преобразователь типов волн 2 в варианте выполнения на фиг.2 содержит: внешний проводник 12 и внутренний проводник

13. выполненные в виде конуса. Внешний проводник 12 выполнен в виде усеченного конуса. Часть внутреннего проводника 13 также выполнена в виде усеченного конуса

14.

На усеченном конусе 14 внутреннего проводника 13 равномерно по окружности выполнены канавки переменного сечения, причем трапецеидальные канавки 15 плавно переходят в прямоугольные канавки 16, при этом профиль канавок на участке 17 имеет вид сочетания трапецеидального и прямоугольного сечений.

Сечение внутреннего проводника 13 на стыке его с усеченным конусом 14 имеет

форму многогранника, состоящего из граней равных размеру а в прямоугольных сечениях канавок и размеру ai в трапецеидальных сечениях канавок, при этом размер ai равен по величине размеру а .

Размеры сечения прямоугольных канавок 16 а и b определяются размерами прямоугольного волновода 3.

Входные геометрические размеры трапецеидальных канавок 15 преобразователя 2, в этом случае, определяются только числом каналов деления п и. высотой а прямоугольного волновода 3.

Переменными величинами канавок 15 и 17 являются размеры аа и bi.

Входной волновод 1 на участке 18 плавно переходит в конический коаксиальный волновод, а затем во внешний проводник 12 преобразователя типов волн 2.

Размеры профиля прямоугольного волновода 3 и длина каналов переменного сечения задаются из тех же условий, что и для варианта делителя мощности, показанного на фиг.1.

После соединения, например, пайкой, внешнего проводника t2 и внутреннего проводника 13, в преобразователе 2 образуются волноводные каналы деления переменного сечения.

Наличие внешнего проводника 12 преобразователя типов волн, в сочетании с коническим коаксиальным волноводом небольшой длины на участке 18, обеспечивает создание малогабаритных, многоканальных (свыше 10 каналов) делителей и сумматоров СВЧ-мощности.

Для обеспечения качества крепления волноводов 3 в гнездах деталей 6,7 и 12,13 введены конструктивно-технологические кольца 19 и 20.

Изобретение.позволяет все электропроводные поверхности деталей делителя мощности изготавливать механической обработкой, с высокой точностью (Н8, Ь8) и чистотой (0,8, 1,6) обработки, из медных или алюминиевых сплавов, соединить между собой пайкой серебряными, медными, оловян- ными или алюминиевыми пропоями, например, ПСр-72, ПСр-40, ПОС-40 и т.д.

Делители 3 могут быть выполнены из стандартных волноводов, например, по ГОСТ 20900-75, При необходимости, на рабочие и другие поверхности наносятся элек- тропроводные и антикоррозийные покрытия.

Устройство работает следующим образом.

СВЧ-энергия поступает в круглый волновод 1 от электромагнитного источника

энергии, при этом электрическое поле имеет кольцевую волну типа Нот0 (сечение И-И). Далее кольцевая волна, пройдя коаксиальный участок волновода (сеч. К-К), синфазно возбуждается в трапецеидальных волново- дах (сеч. Л-Л),.при обходе их по окружности. В сечениях M-М, Н-Н и 0-0 электрическое поле в волноводах преобразуется в волну Ню. Подавление паразитных волн осуществляется за счет выбора длины участка пре- образования, При длине этого участка порядка ЗОА ь уровень паразитных волн весьма мал.

Мощность суммы волн Ню° на выходах из прямоугольных волноводов 3 практиче- ски равна мощности волны Hot0, подводимой к круглому волноводу 1.

Потери преобразования не более 0,2 дб.

Разноканальность не более 0,2 дб.

.Способ изготовления преобразователя типов волн (в варианте показанном на фиг, 1) осуществляется следующим образом (см, фиг. 19,21,22,23,24,25).

Производятся технологические операции:

1. Токарная обработка внешнего проводника 6 совместно с круглым волноводом 1

Длина Н + 12 50 + 155 205 - 0,2 мм; внутренний диаметр d 40 + 0,025 мм.

2. Токарная обработка цилиндрической части 8 внутреннего проводника 7.

Длина з 160 - 0,2 мм; наружный диа- .метр d 40 + 0,018;+0.002 мм.

Для упрощения технологии одновре- менно производится операция токарной обработки конического участка Ц внутреннего проводника 7.

Длина 14 41 ±0,1 мм; диаметр основания участка do.y. 8.8-0,036 мм; радиус скругления острия г 0,15 мм.

Чистота -механической обработки поверхностей по пп, 1 и 2 0,8.

3. Фрезерование восьми канавок на Цилиндре 8 равномерно по всей окружности:

- Параллельно оси цилиндра 8 дисковой фрезой 21, с профилем прямоугольного волновода.

Размеры профиля а 3.4 + 0.018 мм; b 7,2+ 0,018 мм;

Длина Is + б Ю + 67 77 + 0.2 мм.

- С наклоном оси цилиндра 8, дисковой фрезой 22, с профилем, трапецеидального волновода,

Размеры профиля ai 3,4 + 0.018 мм; b 15,9+ 0,018 мм: d 45° ±5 : длина le + 67 + 78 145 ±0,2 мм;

до выхода фрезы 22 из диаметра d 40 мм.

Проходом фрезы 22 по канавке фрезы 21 на длине le 67 мм обеспечивается получение канавок переменного сечения. Совмещение в одной плоскости осей прямоугольных и трапецеидальных канавок обеспечено применением одной делительной головки на фрезерном станке для фрезерования восьми канавок обоего профиля.

Чистота механической обработки поверхностей по п.З 0,8.

В качестве материала - заготовки для деталей обрабатываемых по пп. 1,2 и 3, выбран Пруток ГКР 100 НД МОб ГОСТ 10988- 75. Покрытие электропроводных поверхностей СрЗ.

4. Соединение деталей 1 и 6 с цилиндром 8 контактно-реактивной пайкой в среде водорода, для чего допускаемые отклонения выбраны: у круглого волновода 1 и внешнего проводника б

d 40 + 0,025 мм, у цилиндров 8 d 40 + 0,018-0,002 мм.

Качество паяных швов соответствовало ОСТ4 ГО.054.035.

5. Изготовление волновода прямоугольного 3 из трубы ДПРНТ 7,2 х 3.4 х 0,5 НД Л96 ГОСТ 20900.

Чистота внутренних электропроводных поверхностей 0,8.

6. Соединение деталей Зс преобразователем 2 припоем ПСр72 в среде водорода. Качество паяных швов соответствовало ОСТ4 ГО.054.035.

7. Проверка изделия на механическую прочность избыточным давлением воздуха или газа 1+0,2 эти. в течение 10 мин. Утечек газа и разрушений не наблюдалось.

8. Проверка изделия на герметичность избыточным давлением воздуха или газа 0,5+0,2 эти в течение 10 мин. Утечки газа не наблюдались.

.9. Проверка изделия по радиотехническим параметрам на соответствие Т.У. Ре- зультаты изменений со стороны прямоугольных волноводов: КСВН 1,0 в диапазоне 3%; КСВН 1,15 в диапазоне 5%: потери преобразования не более 0.2 дб; разноканальность не более 0.2 дб.

Формула изобретения 1. Делитель мощности, содержащий последовательно расположенные входной круглый волновод с волной Н oi. преобразователь типов волн и выходные прямоугольные волноводы с волной Ню, равномерно расположенные по окружности, при этом преобразователь типов волн содержит внешний проводник и внутренний проводник, выполненный в виде конуса, отличающийся тем, что. с целью упрощения

конструкции, часть внутреннего проводника преобразователя типов волн выполнена в виде цилиндра и в нем равномерно по его окружности выполнены канавки переменного сечения от прямоугольного до трапецеидального, при этом профиль канавок переменного сечения имеет вид сочетания прямоугольного и трапецеидального сечений.

2. Делитель по п.1, о т л и ч а ю щ и и - с я тем, что, с целью увеличения числа каналов деления, внешний проводник преобразователя типов волн выполнен в виде усеченного прямого конуса.

3. Способ изготовления преобразователя типов волн, включающий изготовление внешнего и внутреннего проводников, о т - личающийся тем. что, с целью упрощения технологии изготовления, внешний и внутренний проводники изготавливают посредством механической обработки, а на внутреннем проводнике канавки перемен- ного сечения выполняют на цилиндре или

конусе последовательно посредством дисковой и трапецеидальной фрез, при этом при перемещении трапецеидальной фрезы осуществляют наклон оси цилиндра или конуса относительно направления перемещения трапецеидальной фрезы.

Использование: деление мощности в трактах СВЧ и технология изготовления преобразователя типов волн, входящего в делитель мощности. Сущность изобретения: делитель содержит входной круглый волноводе волной Ню. преобразователь типов волн и выходные прямоугольные волноводы с волной Ню. Преобразователь содержит внешний проводник и внутренний проводник в виде конуса, соединенного с цилиндром. На цилиндре выполнены канавки переменного сечения от прямоугольного до трапецеидального сечений. Внешний проводник изготавливают посредством механической обработки. Канавки выполняют на цилиндре последовательно, используя дисковую и трепецеидальную фрезы. При перемещении трапецеидальной фрезы осуществляют наклон цилиндра относительно направления перемещения трапецеидальной фрезы. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

fadX

/7,

IB

Jf

Фиг.З

и-м

Фиг.16

х-к

Л-Л

®иг.0

вид/J

Фиг.21

фиг.4

ФигЛ

7 Я

фиг 25