Елементи надвисоких частот (НВЧ)
Елементи СВЧ радіоелектронної апаратури сантиметрового і міліметрового діапазону хвиль відрізняються специфічністю конструкції і технології виробництва. Ця специфіка відноситься в першу чергу до елементів антенно-хвилеводних трактів. Такими елементами є відбивачі антен і хвильове лінії передачі.
Відбивачі. Як антенних відбивачів можуть бути використані різні металеві і металізовані поверхні. Ідеальним відбивачем є гладка металева поверхня. Однак в ряді випадків для зменшення ваги і зниження вітрових навантажень застосовують сітчасті і гратчасті конструкції.
Поверхня суцільного відбивача повинна бути гладкою; шорсткість обробки поверхні відбивача, що не перевищує З / о довжини випромінюваної хвилі, не повинні зменшувати ефективності його роботи, але щоб уникнути появи бічних пелюсток в діаграмі спрямованості, нерівності на поверхні відбивача не повинні утворювати правильних геометричних фігур.
Відбивачі можуть бути виготовлені різними способами, вибір яких визначається розмірами і матеріалом відбивача, а також технічними вимогами щодо його електричних арактеристик.
Мал. 1. Конструкція звукопровода з магнієвого сплаву
Сітчасті і гратчасті відбивачі. Для виготовлення відбивачів сітчастого і гратчастого типу застосовують різні матеріали: сталеву оцинковану сітку, дріт з нержавіючої сталі, металеві смуги і трубки.
З оцинкованої сталевої сітки виготовляють відбивачі великих розмірів. Застосовується, наприклад, сітка з дроту діаметром 1,2 мм зі стороною осередки 6 мм. Така сітка має достатню гнучкість, щоб прийняти форму підтримує рамки. Якщо рамка виготовлена зі сталі, сітку можна до неї припаяти, при дерев'яній рамці краю сітки окантовують тонкою смужкою металу, а потім вже закріплюють на рамці.
Для відбивачів антен з металевих смуг смуги попередньо вирубують (штампують) так, щоб профіль обріза відповідав формі відбивача, а потім їх приварюють або паяють твердими припоями до рамки відбивача.
Паралельно розташовані металеві трубки також мають гарну здатність відображати електромагнітну енергію. Відбивач, зібраний з трубок, характеризується більш високим опором вітрових навантажень в порівнянні з електрично еквівалентної гратами зі смуг. Відбивачі з труб легше відбивачів зі смуг при однаковій міцності.
Хвилеводи. Під волноводом розуміють круглу або прямокутну металеву трубу, що має добре провідну внутрішню поверхню і певне співвідношення між розмірами поперечного перерізу і довжиною хвилі. Хвилеводи є одним з основних видів ліній передачі в діапазоні СВЧ.
На рис. 2 наведені порівняльні криві, що характеризують залежність загасання від частоти для хвилеводу і концентричного фідера з однаковими зовнішніми поперечними розмірами. З малюнка видно, що загасання коливань в волноводе на частотах вище певної частоти, званої критичної, значно менше, ніж в фідері. Якщо частота нижче критичної, передача енергії по хвилеводу неможлива. Хвилевід відрізняється від фідера більш простою конструкцією. Крім того, за волноводу можлива передача великих потужностей, ніж по фідера, так як хвилевід не має внутрішнього провідника і тому немає небезпеки виникнення пробою.
Для з'єднання окремих відрізків хвилеводів використовують два основних типи з'єднання: контактна і дросельно-фланцеве.
Контактна з'єднання виконують за допомогою гладких фланців, які припаюють до кінців хвилеводів і з'єднують між собою болтами. З'єднання цього типу часто використовують в лабораторних умовах при різного роду вимірах; в серійному виробництві через труднощі дотримання паралельності фланців його майже не застосовують.
Мал. 2. Залежність загасання від частоти для концентричного фідера і хвилеводу
Дросельно-фланцеве з'єднання являє собою короткозамкнутую лінію довжиною в полволни, включену послідовно в основну. Вхідний опір відгалуження в точці А дорівнює нулю.
Мал. 3. Дросельно-фланцеве з'єднання хвилеводів
Мал. 4. Фланцеве з'єднання хвилеводу з прокладкою з монель-металу
Опір в точці В дуже велике, а струм практично дорівнює нулю. Тому якість контакту не впливає на роботу з'єднання. Ділянка ВС дросельного з'єднання виконують у вигляді круглої канавки, глибина якої дорівнює чверті довжини хвилі, щоб вузол струму припадав на місце контакту між дроселем і фланцем.
Для забезпечення герметичності образу-водних з'єднань застосовують прокладки з синтетичної гуми. Якщо установка працює при температурі нижче -30 ° С, для прокладок використовують натуральну гуму або суміш її з пробкою. прокладки
поміщають в спеціальні канавки у фланці. Товщина прокладки перевищує глибину канавки приблизно на 50%.
Отримали також застосування фланцеві з'єднання з контактною прокладкою з монель-металу, вигідно відрізняються від дросельних габаритами, електричними параметрами і простотою виготовлення. Прокладка являє собою дротяну плетінку, виготовлену зі сплаву на основі нікелю (27-29% міді, 2-3% заліза, 1,2-1,8% марганцю, інше - нікель).
Металеві хвилеводи можна розділити по конструкції на три групи: прямі, гнуті і скорочення. У гнутих волноводах вигини викликають незначні неузгодженості, якщо їх внутрішній радіус в два рази більше
довжини хвилі у вільному просторі. Скручують хвилеводи для зміни поляризації електромагнітного поля.
Перераховані групи волноводов відносяться до так званим жорстким волноводам. Поряд з ними знаходять застосування гнучкі хвилеводи з гофрованими стінками (рис. 125). Іноді застосовують так звані діелектричні хвилеводи, що представляють собою суцільні бруски з діелектрика.
Для захисту волноводов від дії вологи і зниження можливості пробоїв
Мал. 5. Хвилеводи: а - з радіальним вигином великого радіусу, б-з ламаним вигином, в -скрученний хвилевід
застосовують герметичні хвилеводи, внутрішню порожнину яких заповнюють сухим повітрям або газами.
Хвилеводи виготовляють з міді та латуні, в деяких випадках - зі сталі і цинкових сплавів. Найбільш широко використовують латунь, так як вона добре піддається обробці і пайку і має порівняно малі електричні втрати. Там, де загасання не грає особливої ролі, застосовують труби з нержавіючої сталі.
Для повищенной провідності внутрішню поверхню хвилеводів покривають міддю або сріблом.
Мал. 6. Типи образу-водних діафрагм:
а -емкостная, б -индуктивности, в-настроювальний гвинт, що вносить реактивну провідність, г і д - два типи резонансних щілин
Для виготовлення хвилеводів промисловість випускає труби прямокутного перетину, до яких пред'являють ряд вимог. Внутрішня поверхня труб повинна бути гладкою і чистою (без раковин, тріщин, забоїн і т. П.); зовнішня поверхня не повинна мати вм'ятин. Кривизна (труб в обох площинах) не повинна перевищувати 2 мм на погонний метр. Внутрішній перетин повинно бути строго прямокутним (відхилення від прямого кута не більше ± 1 °). Скручування труб не повинно перевищувати 1 ° на погонний метр.
Мал. 7. Частина гнучкого хвилеводу з гофрованими стінками
Мал. 8. Полоскова хвилевід: 1 -провідника, 2-діелектрик
Залежно від конфігурації вузла, заданих електричних параметрів і необхідної точності хвилеводи виготовляють з каліброваних труб або методом гальванопластики, відливають по виплавлюваних моделях або ллють в скорлупчатие форми.
Для виготовлення плоских фланців застосовують холодне штампування з наступним калібруванням і рихтуванням вироби. Фланці з трубами з'єднують пайкою. Латунні хвилеводи паяють срібними припоями (45% срібла, 30% міді і 25% цинку) при температурі 720-740 ° С. Хороші результати дає нагрівання місця з'єднання струмами високої частоти. Деталі, закріплені в спеціальному пристосуванні, вводять в індуктор, що має форму зовнішнього периметра деталі в місці пайки.
Звичайні об'ємні хвилеводи, технологія яких була викладена, досить громіздкі і дороги. Натомість цих хвилеводів була розроблена нова лінія передачі, яка отримала назву стрічкової лінії, або Полоскова хвилеводу. Така лінія має струмопровідний шар, нанесений у вигляді смужки або стрічки на розділову прокладку з діелектрика 2. Як струмопровідного шару використовують мідь, срібло, алюміній. Розміри струмопровідного шару: ширина 1-2 мм, товщина 1-5 мкм при товщині діелектрика 1-2 мм. Розділову діелектричну прокладку виготовляють з полістиролу, фенольних пластмас і ін.
Для нанесення струмопровідного шару на діелектрик застосовують способи, прийняті для виготовлення друкованих схем, що Дозволяє отримати лінію складної конфігурації.
Загасання електромагнітної енергії при проходженні її через хвилевід багато в чому обумовлюється чистотою обробки поверхні внутрішніх стінок хвилеводу. Проведені дослідження показали, що загасання в волноводе зростає в 1,6 рази при шорсткості поверхні, що дорівнює глибині проникнення струму, і в 1,8 рази при величині шорсткості поверхні, що перевищує глибину проникнення струму вдвічі. Звідси випливають вимоги до покриттів внутрішніх поверхонь волноводов: для зменшення електричних втрат поверхні слід ретельно обробляти і покривати добре проводять струм шаром металу.
Основним металом, яким покривають внутрішні стінки латунних волноводов, є срібло. Однак срібне покриття не завжди дає очікуваний ефект зниження загасання внаслідок пористої структури обложеного шару, а також тому, що поверхня хвилеводу з гальванічним покриттям срібла характеризується більшою шорсткістю, ніж непокрита, так як, копіюючи початкову поверхню, шорсткість збільшується в міру збільшення товщини гальванопокриття. Тому для зменшення пористості і шорсткості срібного шару і, отже, загасання в хвилеводах рекомендується застосовувати додаткову обробку срібного шару поліруванням або прокатування.
Для запобігання внутрішніх поверхонь волноводов від корозії застосовують як металеві, так і неметалеві захисні покриття. З металів найчастіше для цієї мети служать паладій і родій. До неметалічних покриттів відносяться лакові, що наносяться способом поливу. Застосовують нітроцелюлозні лаки і, крім того, бджолиний віск, розчинений в бензині. Алюмінієві хвилеводи анодируют.