Элементы сверхвысоких частот (СВЧ)

Категория:
Производство радиоаппаратуры


Элементы сверхвысоких частот (СВЧ)

Элементы СВЧ радиоэлектронной аппаратуры сантиметрового и миллиметрового диапазона волн отличаются специфичностью конструкции и технологии производства. Эта специфика относится в первую очередь к элементам антенно-волноводных трактов. Такими элементами являются отражатели антенн и волноводные линии передачи.

Отражатели. В качестве антенных отражателей могут быть использованы различные металлические и металлизированные поверхности. Идеальным отражателем является гладкая металлическая поверхность. Однако в ряде случаев для уменьшения веса и снижения ветровых нагрузок применяют сетчатые и решетчатые конструкции.

Поверхность сплошного отражателя должна быть гладкой; шероховатость обработки поверхности отражателя, не превышающая З/о длины излучаемой волны, не уменьшает эффективности его работы, но чтобы избежать появления боковых лепестков в диаграмме направленности, неровности на поверхности отражателя не должны образовывать правильных геометрических фигур.

Отражатели могут быть изготовлены различными способами, выбор которых определяется размерами и материалом отражателя, а также техническими требованиями в отношении его электрических арактеристик.

Рис. 1. Конструкция звукопровода из магниевого сплава

Сетчатые и решетчатые отражатели. Для изготовления отражателей сетчатого и решетчатого типа применяют различные материалы: стальную оцинкованную сетку, проволоку из нержавеющей стали, металлические полосы и трубки.

Из оцинкованной стальной сетки изготовляют отражатели больших размеров. Применяется, например, сетка из проволоки диаметром 1,2 мм со стороной ячейки 6 мм. Такая сетка обладает достаточной гибкостью, чтобы принять форму поддерживающей рамки. Если рамка изготовлена из стали, сетку можно к ней припаять, при деревянной рамке края сетки окантовывают тонкой полоской металла, а потом уже закрепляют на рамке.

Для отражателей антенн из металлических полос полосы предварительно вырубают (штампуют) так, чтобы профиль обреза соответствовал форме отражателя, а затем их приваривают или паяют твердыми припоями к рамке отражателя.

Параллельно расположенные металлические трубки также обладают хорошей способностью отражать электромагнитную энергию. Отражатель, собранный из трубок, характеризуется более высоким сопротивлением ветровым нагрузкам по сравнению с электрически эквивалентной решеткой из полос. Отражатели из труб легче отражателей из полос при одинаковой прочности.

Волноводы. Под волноводом понимают круглую или прямоугольную металлическую трубу, имеющую хорошо проводящую внутреннюю поверхность и определенное соотношение между размерами поперечного сечения и длиной волны. Волноводы являются одним из основных видов линий передачи в диапазоне СВЧ.

На рис. 2 приведены сравнительные кривые, характеризующие зависимость затухания от частоты для волновода и концентрического фидера с одинаковыми внешними поперечными размерами. Из рисунка видно, что затухание колебаний в волноводе на частотах выше определенной частоты, называемой критической, значительно меньше, чем в фидере. Если частота ниже критической, передача энергии по волноводу невозможна. Волновод отличается от фидера более простой конструкцией. Кроме того, по волноводу возможна передача больших мощностей, чем по фидеру, так как волновод не имеет внутреннего проводника и поэтому нет опасности возникновения пробоя.

Для соединения отдельных отрезков волноводов используют два основных типа соединения: контактное и дроссельно-фланцевое.

Контактное соединение выполняют при помощи гладких фланцев, которые припаивают к концам волноводов и соединяют между собой болтами. Соединение этого типа часто используют в лабораторных условиях при различного рода измерениях; в серийном производстве из-за трудности соблюдения параллельности фланцев его почти не применяют.

Рис. 2. Зависимость затухания от частоты для концентрического фидера и волновода

Дроссельно-фланцевое соединение представляет собой короткозамкнутую линию длиной в полволны, включенную последовательно в основную. Входное сопротивление ответвления в точке А равно нулю.

Рис. 3. Дроссельно-фланцевое соединение волноводов

Рис. 4. Фланцевое соединение волновода с прокладкой из монель-металла

Полное сопротивление в точке В очень велико, а ток практически равен нулю. Поэтому качество контакта не влияет на работу соединения. Участок ВС дроссельного соединения выполняют в виде круглой канавки, глубина которой равна четверти длины волны, чтобы узел тока приходился на место контакта между дросселем и фланцем.

Для обеспечения герметичности волно-водных соединений применяют прокладки из синтетической резины. Если установка работает при температуре ниже —30° С, для прокладок используют натуральную резину или смесь ее с пробкой. Прокладки

помещают в специальные канавки во фланце. Толщина прокладки превышает глубину канавки примерно на 50%.

Получили также применение фланцевые соединения с контактной прокладкой из монель-металла, выгодно отличающиеся от дроссельных габаритами, электрическими параметрами и простотой изготовления. Прокладка представляет собой проволочную плетенку, изготовленную из сплава на основе никеля (27—29% меди, 2—3% железа, 1,2—1,8% марганца, остальное — никель).

Металлические волноводы можно разделить по конструкции на три группы: прямые, гнутые и скрученные. В гнутых волноводах изгибы вызывают незначительные рассогласования, если их внутренний радиус в два раза больше

длины волны в свободном пространстве. Скручивают волноводы для изменения поляризации электромагнитного поля.

Перечисленные группы волноводов относятся к так называемым жестким волноводам. Наряду с ними находят применение гибкие волноводы с гофрированными стенками (рис. 125). Иногда применяют так называемые диэлектрические волноводы, представляющие собой сплошные бруски из диэлектрика.

Для защиты волноводов от действия влаги и снижения возможности пробоев

Рис. 5. Волноводы: а — с радиальным изгибом большого радиуса, б —с ломаным изгибом, в —скрученный волновод

применяют герметизированные волноводы, внутреннюю полость которых заполняют сухим воздухом или газами.

Волноводы изготовляют из меди и латуни, в некоторых случаях — из стали и цинковых сплавов. Наиболее широко используют латунь, так как она хорошо поддается обработке и пайке и имеет сравнительно малые электрические потери. Там, где затухание не играет особенной роли, применяют трубы из нержавеющей стали.

Для повыщения проводимости внутреннюю поверхность волноводов покрывают медью или серебром.

Рис. 6. Типы волно-водных диафрагм:

а —емкостная, б —индуктивная, в—настроечный винт, вносящий реактивную проводимость, г и д — два типа резонансных щелей

Для изготовления волноводов промышленность выпускает трубы прямоугольного сечения, к которым предъявляют ряд требований. Внутренняя поверхность труб должна быть гладкой и чистой (без раковин, трещин, забоин и т. п.); наружная поверхность не должна иметь вмятин. Кривизна (труб в обеих плоскостях) не должна превышать 2 мм на погонный метр. Внутреннее сечение должно быть строго прямоугольным (отклонение от прямого угла не более ±1°). Скручивание труб не должно превышать 1° на погонный метр.

Рис. 7. Часть гибкого волновода с гофрированными стенками

Рис. 8. Полосковый волновод: 1 —проводник, 2—диэлектрик

В зависимости от конфигурации узла, заданных электрических параметров и требуемой точности волноводы изготовляют из калиброванных труб или методом гальванопластики, отливают по выплавляемым моделям или льют в скорлупчатые формы.

Для изготовления плоских фланцев применяют холодную штамповку с последующей калибровкой и рихтовкой изделия. Фланцы с трубами соединяют пайкой. Латунные волноводы паяют серебряными припоями (45% серебра, 30% меди и 25% цинка) при температуре 720—740° С. Хорошие результаты дает нагревание места соединения токами высокой частоты. Детали, закрепленные в специальном приспособлении, вводят в индуктор, имеющий форму внешнего периметра детали в месте пайки.

Обычные объемные волноводы, технология которых была изложена, достаточно громоздки и дороги. Взамен этих волноводов была разработана новая линия передачи, которая получила название ленточной линии, или полоскового волновода. Такая линия имеет токопроводящий слой, нанесенный в виде полоски или ленты на разделительную прокладку из диэлектрика 2. В качестве токопроводящего слоя используют медь, серебро, алюминий. Размеры токопроводящего слоя: ширина 1—2 мм, толщина 1—5 мкм при толщине диэлектрика 1—2 мм. Разделительную диэлектрическую прокладку изготовляют из полистирола, феноловых пластмасс и др.

Для нанесения токопроводящего слоя на диэлектрик применяют способы, принятые для изготовления печатных схем, что Позволяет получить линию сложной конфигурации.

Затухание электромагнитной энергии при прохождении ее через волновод во многом обусловливается чистотой обработки поверхности внутренних стенок волновода. Проведенные исследования показали, что затухание в волноводе возрастает в 1,6 раза при шероховатости поверхности, равной глубине проникновения тока, и в 1,8 раза при величине шероховатости поверхности, превышающей глубину проникновения тока вдвое. Отсюда вытекают требования к покрытиям внутренних поверхностей волноводов: для уменьшения электрических потерь поверхности следует тщательно обрабатывать и покрывать хорошо проводящим ток слоем металла.

Основным металлом, которым покрывают внутренние стенки латунных волноводов, является серебро. Однако серебряное покрытие не всегда дает ожидаемый эффект снижения затухания вследствие пористой структуры осажденного слоя, а также потому, что поверхность волновода с гальваническим покрытием серебра характеризуется большей шероховатостью, чем непокрытая, так как, копируя первоначальную поверхность, шероховатость увеличивается по мере увеличения толщины гальванопокрытия. Поэтому для уменьшения пористости и шероховатости серебряного слоя и, следовательно, затухания в волноводах рекомендуется применять дополнительную обработку серебряного слоя полированием или прокатыванием.

Для предохранения внутренних поверхностей волноводов от коррозии применяют как металлические, так и неметаллические защитные покрытия. Из металлов чаще всего для этой цели служат палладий и родий. К неметаллическим покрытиям относятся лаковые, наносимые способом полива. Применяют нитроцеллюлозные лаки и, кроме того, пчелиный воск, растворенный в бензине. Алюминиевые волноводы анодируют.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум