Элементы сверхвысоких частот (свч)
Элементы СВЧ радиоэлектронной аппаратуры сантиметрового и миллиметрового диапазона волн отличаются специфичностью технологии и конструкции производства. Эта специфика относится прежде всего к элементам антенно-волноводных трактов. Такими элементами являются волноводные линии и отражатели антенн передачи.
Отражатели. В качестве антенных отражателей смогут быть использованы разные железные и металлизированные поверхности. Совершенным отражателем есть ровная железная поверхность.
Но во многих случаях для снижения и уменьшения веса ветровых нагрузок используют сетчатые и решетчатые конструкции.
Поверхность целого отражателя должна быть ровной; шероховатость обработки поверхности отражателя, не превышающая З/о длины излучаемой волны, не сокращает эффективности его работы, но дабы избежать появления боковых лепестков в диаграмме направленности, неровности на поверхности отражателя не должны образовывать верных фигур .
Отражатели смогут быть изготовлены разными методами, выбор которых определяется материалом и размерами отражателя, и 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 используют разные материалы: металлическую оцинкованную сетку, проволоку из нержавеющей стали, трубки и металлические полосы.
Из оцинкованной металлической сетки изготовляют отражатели громадных размеров. Используется, к примеру, сетка из проволоки диаметром 1,2 мм со стороной ячейки 6 мм. Такая сетка владеет достаточной гибкостью, дабы принять форму поддерживающей рамки.
В случае если рамка изготовлена из стали, сетку возможно к ней припаять, при древесной рамке края сетки окантовывают узкой полосой металла, а позже уже закрепляют на рамке.
Для отражателей антенн из железных полос полосы предварительно вырубают (штампуют) так, дабы профиль обреза соответствовал форме отражателя, а после этого их приваривают либо паяют жёсткими припоями к рамке отражателя.
Параллельно расположенные железные трубки кроме этого владеют хорошей свойством отражать электромагнитную энергию. Отражатель, собранный из трубок, характеризуется более высоким сопротивлением ветровым нагрузкам если сравнивать с электрически эквивалентной решеткой из полос. Отражатели из труб легче отражателей из полос при однообразной прочности.
Волноводы. Под волноводом знают круглую либо прямоугольную железную трубу, имеющую прекрасно проводящую определённое соотношение и внутреннюю поверхность между размерами поперечного сечения и длиной волны. Волноводы являются одним из главных видов линий передачи в диапазоне СВЧ.
На рис. 2 приведены сравнительные кривые, характеризующие связь между частоты и затухания для концентрического фидера и волновода с однообразными внешними поперечными размерами. Из рисунка видно, что затухание колебаний в волноводе на частотах выше определенной частоты, именуемой критической, намного меньше, чем в фидере. В случае если частота ниже критической, энергопередача по волноводу неосуществима. Волновод отличается от фидера более несложной конструкцией.
Помимо этого, по волноводу вероятна передача громадных мощностей, чем по фидеру, поскольку волновод не имеет внутреннего проводника и исходя из этого нет опасности происхождения пробоя.
Для соединения отдельных отрезков волноводов применяют два главных типа соединения: контактное и дроссельно-фланцевое.
Контактное соединение делают при помощи ровных фланцев, каковые припаивают к финишам волноводов и соединяют между собой болтами. Соединение этого типа довольно часто применяют в лабораторных условиях при разного рода измерениях; в серийном производстве из-за трудности соблюдения параллельности фланцев его практически не используют.
Рис. 2. Зависимость затухания от частоты для волновода и концентрического фидера
Дроссельно-фланцевое соединение представляет собой короткозамкнутую линию длиной в полволны, включенную последовательно в главную. Входное сопротивление ответвления в точке А равняется нулю.
Рис. 3. Дроссельно-фланцевое соединение волноводов
Рис. 4. Фланцевое соединение волновода с прокладкой из монель-металла
Полное сопротивление в точке В весьма громадно, а ток фактически равен нулю. Исходя из этого уровень качества контакта не оказывает влияние на работу соединения. Участок ВС дроссельного соединения делают в виде круглой канавки, глубина которой равна четверти длины волны, дабы узел тока приходился на место контакта между фланцем и дросселем.
Для обеспечения герметичности волно-водных соединений используют прокладки из синтетической резины. В случае если установка действующий при температуре ниже —30° С, для прокладок применяют натуральную резину либо смесь ее с пробкой. Прокладки
помещают в особые канавки во фланце. Толщина прокладки превышает глубину канавки приблизительно на 50%.
Взяли кроме этого использование фланцевые соединения с контактной прокладкой из монель-металла, выгодно отличающиеся от дроссельных габаритами, простотой изготовления и электрическими параметрами. Прокладка представляет собой проволочную плетенку, изготовленную из сплава на базе никеля (27—29% меди, 2—3% железа, 1,2—1,8% марганца, другое — никель).
Железные волноводы возможно поделить по конструкции на три группы: прямые, гнутые и скрученные. В гнутых волноводах изгибы приводят к незначительным рассогласованиям, в случае если их внутренний радиус вдвое больше
длины волны в свободном пространстве. Скручивают волноводы для трансформации поляризации электромагнитного поля.
Перечисленные группы волноводов относятся к так называемым твёрдым волноводам. Наровне с ними применяются эластичные волноводы с гофрированными стенками (рис. 125).
Время от времени используют так именуемые диэлектрические волноводы, воображающие собой целые бруски из диэлектрика.
Для защиты волноводов от снижения возможности и действия влаги пробоев
Рис. 5. Волноводы: а — с радиальным изгибом громадного радиуса, б —с ломаным изгибом, в —скрученный волновод
используют герметизированные волноводы, внутреннюю полость которых заполняют сухим воздухом либо газами.
Волноводы изготовляют из латуни и меди, в некоторых случаях — из цинковых сплавов и стали. Самый обширно применяют латунь, поскольку она прекрасно поддается пайке и обработке и имеет относительно малые электрические утраты. В том месте, где затухание не играется особой роли, используют трубы из нержавеющей стали.
Для повыщения проводимости внутреннюю поверхность волноводов покрывают медью либо 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 производит трубы прямоугольного сечения, к каким предъявляют ряд условий. Внутренняя поверхность труб должна быть ровной и чистой (без раковин, трещин, забоин и т. п.); наружная поверхность не должна иметь вмятин. Кривизна (труб в обеих плоскостях) не должна быть больше 2 мм на погонный метр.
Внутреннее сечение должно быть строго прямоугольным (отклонение от прямого угла не более ±1°). Скручивание труб не должно быть больше 1° на погонный метр.
Рис. 7. Часть эластичного 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 либо способом гальванопластики, отливают по выплавляемым моделям либо льют в скорлупчатые формы.
Для изготовления плоских фланцев используют холодную штамповку с рихтовкой изделия и последующей калибровкой. Фланцы с трубами соединяют пайкой. Латунные волноводы паяют серебряными припоями (45% серебра, 30% цинка и 25% меди) при температуре 720—740° С. Прекрасные результаты дает нагревание места соединения токами высокой частоты.
Подробности, закрепленные в особом приспособлении, вводят в индуктор, имеющий форму внешнего периметра подробности в месте пайки.
Простые объемные волноводы, разработка которых была изложена, достаточно громоздки и дороги. Вместо этих волноводов была создана новая линия передачи, которая стала называться ленточной линии, либо полоскового волновода. Такая линия имеет токопроводящий слой, нанесенный в виде полосы либо ленты на разделительную прокладку из диэлектрика 2. В качестве токопроводящего слоя применяют 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 используют методы, принятые для изготовления печатных схем, что Дает возможность приобрести линию сложной конфигурации.
Затухание электромагнитной энергии при прохождении ее через волновод во многом обусловливается чистотой обработки поверхности внутренних стенок волновода. Исследования продемонстрировали, 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 в два раза. Отсюда вытекают требования к покрытиям внутренних поверхностей волноводов: для уменьшения электрических утрат поверхности направляться шепетильно обрабатывать и покрывать прекрасно проводящим ток слоем металла.
Главным металлом, которым покрывают внутренние стены латунных волноводов, есть серебро. Но серебряное покрытие не всегда дает ожидаемый эффект понижения затухания благодаря пористой структуры осажденного слоя, и вследствие того что поверхность волновода с гальваническим покрытием серебра характеризуется большей шероховатостью, чем непокрытая, поскольку, копируя начальную поверхность, шероховатость возрастает по мере повышения толщины гальванопокрытия. Исходя из этого для шероховатости и уменьшения пористости серебряного слоя и, следовательно, затухания в волноводах рекомендуется использовать дополнительную обработку серебряного слоя полированием либо прокатыванием.
Для предохранения внутренних поверхностей волноводов от коррозии используют как железные, так и неметаллические защитные покрытия. Из металлов значительно чаще для данной цели помогают родий и палладий. К неметаллическим покрытиям относятся лаковые, наносимые методом полива.
Используют нитроцеллюлозные лаки и, помимо этого, пчелиный воск, растворенный в бензине. Алюминиевые волноводы анодируют.
