РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ СОЧЛЕНЕНИЙ..

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ СОЧЛЕНЕНИЙ
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие 3
Введение 4
Глава I. Расчет и конструирование коаксиальных
вращающихся сочленений 5
§ I. Расчет коаксиальных вращающихся сочленений 5
§ 2. Конструкции коаксиальных вращающихся сочленений 7
Глава 2. Расчет и конструирование волноводных
и коаксиально-волноводных вращающихся сочленений 15
§ I. Расчет волноводных сочленений 15
§ 2. Расчет коаксиально-волноводных сочленений 26
§ 3. Конструкции волноводных и коаксиально-волноводных сочленений 31
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее пособие предназначено для студентов Московского авиационного института, выполняющих курсовой проект по антенно-фидерным устройствам. В нем изложена методика расчета и проектирования вращающихся сочленений коаксиального и волноводного типа.
В разделах, где рассматривается методика расчета сочленений, частично использованы материалы из учебного пособия А.С. Лаврова "Линии передач".
Разработка чертежей и описание конструкций вращающихся сочленений сделаны в основном по материалам практики курсового проектирования в Московском авиационном институте.
Вопросы, связанные с механическими особенностями работы вращающихся сочленений, в данном пособии не рассматриваются.
ВВЕДЕНИЕ
Вращающиеся сочленения предназначены для передачи высокочастотной энергии от неподвижного передатчика к антенне, вращающейся с заданной скоростью в горизонтальной или вертикальной плоскостях. Соответственно широкому применению в диапазоне сверхвысоких частот двух типов фидерных линий, вращающиеся сочлененения делятся на коаксиальные и волноводные. Главная задача проектирования вращающихся сочленений – обеспечить постоянство передаваемой мощности при вращении антенны. Для этого в сочленениях должны применяться линии с конфигурацией поля, симметричной относительно оси вращения, или линии с круговой поляризацией распростра-няющейся волны. Обычно в сочленениях используются коаксиальные линии с волной типа ТЕМ и круглые волноводы с волнами типа E01 и H01 , обладающие осевой симметрией. В точках разрыва линии между подвижной и неподвижной частями необходимо создать низкое последовательное сопротивление, а следовательно, и минимальное напряжение в разрыве, что уменьшит утечку энергии и предохранит контакты от сгорания. Для этого в точке разрыва линий последовательно с ними включается коаксиальная дроссельная секция, обеспечивающая малое сопротивление в зазоре.
Вращающиеся сочленения можно разделить и по другим признакам, например, широкодиапазонные и узкодиапазонные, работающие на больших и малых скоростях вращения и т.д.
Основные требования при конструировании сочленений:
1) пpи заданной мощности не должен возникать электрический пробой;
2) в заданной полосе частот должен быть максимальный коэффициент бегущей волны - к (к.б.в.);
3) конструктивные требования - механическая прочность, малый износ, герметичность, антикоррозийность, возможность замены в случае негодности и т.д.
В соответствии с этими требованиями для расчета основных размеров вращающегося сочленения задаются исходные данные:
а) длина волны
· ;
б) величина передаваемой мощности Р ;
в) величина к.б.в. в заданной полосе частот
·f ;
г) скорость вращения, герметичность конструкции и т.п.
Глава 1
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОАКСИАЛЬНЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ СОЧЛЕНЕНИЙ.
§ 1. Расчет коаксиальных вращающихся сочленений
Два основных типа коаксиальных вращающихся сочленений:
контактные коаксиальные сочленения, применяющиеся при малых скоростях вращения и низких уровнях мощности в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн;
бесконтактные дроссельные коаксиальные сочленения, применяющиеся при больших скоростях вращения на всех уровнях мощности (главным образом в сантиметровом диапазоне).
Первый тип вращающихся сочленений достаточно подробно описан в книге [2] (широкого применения в современных радиолокационных станциях не имеет).
Дроссельное вращающееся сочленение показано на фиг. 1 и 2


Фиг.1 Бесконечный четвертьволновый разомкнутый дроссель коаксиального вращающегося сочленения

В таких сочленениях трущийся контакт между подвижной и неподвижной частями линий заменяется электрическим коротким замыканием по высокой частоте в сечении АА (фиг.2). Короткое замыкание получается за счет последовательного включения с внутренним и наружным проводниками коаксиала в месте зазора короткозамкнутых полуволновых линий (фиг.2), входные сопротивления которых равны нулю. Полуволновая секция разбивается на два участка по четверти длины волны, чтобы трущееся соединение находилось в том месте, где амплитуда тока близка к нулю. В этом случае потери на нагревание в месте соединения будут малы. Незначительным будет и влияние срабатывания трущихся соединений на входное сопротивление в зазоре.
На фиг . 1 показана дроссельная секция, образованная разомкнутой коаксиальной линией в четверть длины волны, дающей в месте зазора малое входное сопротивление. Такая секция обычно применяется в сочленении внутреннего проводника коаксиала. Если через х обозначить суммарное сопротивление, складывающееся из входных сопротивлений дросселей внутреннего и внешнего проводов коаксиальной линии (фиг.2), то эквивалентная схема включения этого сопротивления в линию может иметь вид, показанный на фиг. 3.

Фиг.2 Бесконечный полуволновый замкнутый дроссель коаксиального вращающегося сочленения.





Фиг.3 Эквивалентная схема включения дросселей в линию





Для уменьшения зависимости входного сопротивления дросселя от частоты увеличивают волновое сопротивление
·i внешнего четвертьволнового участка наружной линии ВС по сравнению с волновым сопротивлением
·2 внутренней линии АЕ. Обычно выбирается
·i =2,5?
·2 . Для волновых сопротивлений дроссельных линий внутреннего и внешнего проводника коаксиала практически получены следующие соотношения: волновое сопротивление линии 1 (фиг.2) внешнего проводника берется в 2 - 2,5 раза меньше волнового сопротивления линии 1 внутреннего проводника
·1
·=(2 - 2,5)
·1
А волновое сопротивление линии 2 внешнего проводника в 3 - 3,5 раза меньше волнового сопротивления линии 2 внутреннего проводника
·2
·=(3 - 3,5)
·2 ; волновое же сопротивление линии 2 наружного проводника коаксиала в 5 - 10 раз меньше волнового сопротивления основной коаксиальной линии
·0=(5 - 10)
·2. Зазор между проводниками дроссельной линии 2 берется малым (0,5-2мм), причем его уменьшение ограничивается только конструктивными и технологическими требованиями. Теже соображения относятся и к выбору зазора в сечении АА (см. фиг.2), который может составлять 0,2-1мм.
Порядок расчета основных размеров коаксиального вращающегося сочленения
1. Выбирается волновое сопротивление основной коаксиальной линии вращающегося сочленения
·0. Чтобы выполнить дроссельное соединение диаметр внутреннего проводника коаксиала d должен быть не менее 6 мм. Диаметр наружного проводника коаксиала D выбирается из следующих условий: если требуется, чтобы коаксиальная линия пропускала максимальную мощность, то отношение D/d = 2,72; если требуется получить минимальные потери в линии, то D/d-= 3,6. Задавшись отношением D/d , находят
·0 волновое сопротивление основной коаксиальной линии вращающегося сочленения
13EMBED Equation.31415 Ом (1)
Полученное волновое сопротивление может отличатся от заданного волнового сопротивления всей фидерной линии. Тогда для согласования линий могут быть применены согласующие устройства, расчет и конструкция которых подробно рассмотрены в работе [2].
Затем коаксиальную линию, имеющую диаметры d и D необходимо проверить на нвозможность распространения высших типов волн, которые ухудшают в сочленении условия передачи энергии. Чтобы в линии распространялась только основная волна ТЕМ и не распространялись волны высших типов как Е, так и Н, необходимо выполнить условие
13EMBED Equation.31415
где
· - длина волны рабочего диапазона.
На жесткие коаксиальные линии не имеется единого стандарта, поэтому их изготавливают применительно к проектируемому радиоустройству. В работе [6] приведены параметры некоторых коаксиальных линий, используемых в промышленности.
2. Задается величина к.б.в., которая должна быть обеспечена в необходимой полосе частот. Практически установлено, что к.б.в. и
·0, можно определить волновое сопротивление дроссельных линий. Для этого надо по заданному к.б.в. сначала рассчитать величину реактивного сопротивления х, представляющего сумму входных сопротивлений дросселей внешнего и внутреннего проводников 13EMBED Equation.31415
13EMBED Equation.31415 (3)
Затем, пользуясь приведенными на стр. 5 практическими соотношениями для выбора волновых сопротивлений дроссельных линий, из уравнения (4) определяется одно из сопротивлений, например,
·2.
13EMBED Equation.31415 (4)
где
·
· - средняя длина волны диапазона;

·
·
·
·-
·
· - отклонение крайней длины волны диапазона от средней .
Далее из тех же соотношений рассчитываются волновые сопротивления
·
·2,
·
·1,
·1.
Зная величину волновых сопротивлений, можно рассчитать диаметры дроссельных линий.
3. Производится проверка, может ли сочленение, имеющее выбранные размеры, пропускать заданную мощность. Максимальная мощность, которую может передать жесткая коаксиальная линия, рассчитывается по формуле
13EMBED Equation.31415Вт, (5)
где 13EMBED Equation.31415 В/см – допустимая напряженность поля.
Следует отметить, что за счет металлических изоляторов и диэлектрических шайб, поддерживающих центральный проводник, предельная пропускаемая линией мощность меньше рассчитанной по формуле (5). Эти детали также ухудшают согласование в линии и сужают рабочую полосу частот.
§ 2. Конструкции коаксиальных вращающихся сочленений
При проектировании сочленений приходится учитывать, что они должны иметь определенную скорость вращения, работать при низких и высоких температурах, а также при разном давлении (самолетные радиолокационные станции).
Основные конструктивные требования, предъявляемые к вращающимся сочленениям
1. Сочленения должны обладать механической прочностью и малым износом. Достаточной прочностью и высокой электропроводностью обладает латунь, покрытая серебром. Если контакт внутреннего проводника трущийся, то его наконечник обычно изготавливают из бериллиевой меди или фосфористой бронзы. (Такие сочленения используются обычно при скоростях вращения до 60 об/мин.)
2. В сочленении должен регулироваться дроссельный зазор между подвижной и неподвижной частями для экспериментальной настройки и ремонта.
3. Сочленение должно легко отделяться от фидерного тракта и других деталей антенного устройства (для замены новым в случае износа), Для этого на входе и выходе сочленения предусматриваются фишки, соединяющие его с фидерной системой.
4. Чтобы защитить подшипник и сочленение от излучения, которое может проникнуть через дроссель, предусматривается герметизация между дроссельной секцией и подшипниками, что также оберегает дроссель от попадания смазки из подшипников. Одним из способов герметизации является применение сальников. Если в сальниках использовать уплотнение из низкотемпературного изопрена, то обеспечивается герметичность конструкции при низких температурах (до - 50°С), большой влажности и загрязненности воздуха.
Другой, более распространенный способ герметизации осуществляется с помощью притертых поверхностей и мембраны. Поверхности должны быть притерты до слипания и образовывать хорошо скользящую пару, например, сталь - латунь. Для обеспечения хорошего скольжения в пазы притертых поверхностей набивают смазку (например, ЦИАТИМ-201). Этот способ герметизации допускает вращение подвижной части сочленения до 1000 об/мин. Эффективность герметизации почти не меняется при любых реальных температурах.
5. Для предохранения подшипника от пыли подвижная часть корпуса сочленения отделяется от неподвижной войлочной масляной пробкой.
6. При работе сочленения на больших скоростях вращения (свыше 200 об/мин) используют два больших шарикоподшипника, расположенные на двух концах корпуса сочленения.
В случае применения широкополосного дросселя в половину длины волны с двумя Секциями на внутреннем проводнике коаксиала устанавливается графито-бронзовый подшипник на стальной шпильке, которая в разрыве линий поддерживает внутренний проводник. При работе сочленения на малых скоростях (меньше 60 об/мин) используют подшипники различного вида: цилиндрические, игольчатые и небольшие шариковые.
Рассмотрим примеры конструкций вращающихся сочленений.


Фиг. 4. Коаксиальное вращающееся сочленение с герметизацией в виде изопренового кольца. 1- четвертьволновый изолятор; 2- дроссельная секция длиной
·
·
· на внутреннем проводе коаксиала; 3 – корпус сочленения; 4 – коаксиальная линия с
·
·
·
· ом; 5 – высокочастотные разъемы; 6 – дроссельная секция длиной
·
·2 на наружном проводе коаксиала; 7 – сжимающая гайка; 8 – изопреновое кольцо; 9 –пазы для смазки.

На фиг.4 изображено коаксиальное вращающееся сочленение для фидерной линии с волновым сопротивлением
· = 50 ом. В этом сочленении применен один из наиболее распространенных способов герметизации - с помощью изопренового кольца 8 (скорость вращения до 70 об/мин). Трущиеся поверхности корпуса сочленения выполняются из материалов, которые образуют хорошо скользящую пару (например, хромированная поверхность - латунь). С помощью гайки 7, сжимая или освобождая кольцо, регулируют начальный натяг изопренового кольца на вращающийся цилиндр. Эта герметизация эффективна при температурах до -50°С. На наружном проводнике коаксиала применена полуволновая дроссельная секция, состоящая из двух четвертьволновых участков с разными волновыми сопротивлениями. Дроссельная секция на внутреннем проводнике представляет разомкнутую четвертьволновую линию. Для обеспечения вращения в пазы 9 корпуса 3 между трущимися частями набивается смазка ЦИАТИМ-201. В сочленении входная и выходная коаксиальные линии соединены параллельно друг другу при помощи металлического четвертьволнового изолятора.


Фиг. 5. Коаксиальное вращающееся сочленение с герметизацией в виде мембраны и притертых поверхностей.
1 – высокочастотные разъемы (вставка и розетка); 2 – корпус сочленения; 3 – узел для натяга мембраны; 4 – мембрана; 5,6 – притертые поверхности; 7 – кольцевые пазы для смазки; 8 – трущийся контакт внутреннего провода коаксиальной линии; 9 – дроссельные секции длиной
·
·
· на внутреннем и наружном проводах коаксиала; 10 – коаксиальная линия с
· = 50 ом.

На фиг.5 представлено коаксиальное вращающееся сочленение, где применен второй, наиболее распространенный способ герметизации с помощью притертых поверхностей 5,6 и мембраны 4. Поверхности должны быть притерты, до слипания и образовать хорошо скользящую пару (например, сталь-латунь). Для создания хорошего скольжения в пазы набивается смазка ЦИАТИМ-201. Для обеспечения герметизации с помощью узла 3 производится натяг мембраны в пределах 0,2 – 0,4мм.
На пружинном и внутреннем проводниках применены полуволновые дроссельные секции. На внутреннем проводнике на расстоянии
·
·
· от электрического зазора имеется трущийся контакт 8 б работающий с хорошим скольжением ( набивается легкая смазка ЦИАТИМ – 201 или устанавливается меднографитовый контакт). Для этой конфигурации сочленения расчет размеров дроссельной секции по формулам (3) и (4) проводить нельзя, так как зазоры на внешнем и внутреннем проводниках не находятся в одном поперечном сечении линии, а разнесены на
·
·
· по длине.



Фиг. 6. Коаксиальное вращающееся сочленение с опорами в виде диэлектрических шайб. 1 – высокочастотные разъемы (вставка и розетка); 2 – опорные шайбы;
3 - корпус сочленения; 4 – набор колец для регулировки зазора А; 5 – изопреновое уплотнение; 6 – коаксиальная линия; 7 – дроссельная секция длиной
·
·
· на внутреннем проводнике коаксиала; 8 – дроссельная секция длиной
·
·2 на наружном проводнике коаксиала; 9 – гайка специальной формы для крепления уплотнения; 10 – шарикоподшипник.

На фиг. 6 изображено коаксиальное вращающееся сочленение, в котором поставлены шарикоподшипники 10. Такое сочленение может работать на скоростях до 200 об/мин. В качестве герметизирующего устройства используется изопреновое уплотнение 5, вставленное в гайку специальной формы 9. На наружном проводнике коаксиала применена полуволновая замкнутая дроссельная секция 8, состоящая из двух параллельных четвертьволновых участков с разными волновыми сопротивлениями, причем трущийся контакт находится в узле тока. Дроссельная секция 7 на внутреннем проводнике представляет разомкнутую четвертьволновую линию. В этом сочленении герметизирующее уплотнение помещается между дроссельной секцией и шарикоподшипником, что предупреждает утечку смазки подшипника в дроссельную секцию, защищает подшипники от излучения, а также препятствует проникновению влаги внутрь фидерного тракта. Для регулировки зазора А при экспериментальной настройке сочленения предусмотрен набор колец 4.



Фиг. 7. Коаксиальное вращающееся сочленение с опорными металлическими изоляторами ( средней скорости и большой мощности). 1 – уголковый четвертьволно-вый изолятор; 2 – корпус сочленения; 3 – изопреновое уплотнение; 4 – уравновешенная система с двумя опорными изоляторами; 5 – высокочастотные разъемы; 6 – коак-сиальная линия; 7 – шарикоподшипники; 8 – стальная шпилька в графито-бронзовом подшипнике; 9 – широкополосные дроссельные секции длиной
·/2 на внутреннем и наружном коаксиале.

На фиг.7 дана конструкция коаксиального вращающегося сочленения большой мощности (до нескольких сот киловатт), в котором вместо диэлектрических шайб применен уголковый четвертьволновый изолятор 1. На внутреннем и наружном проводниках коаксиала используются широкополосные дроссельные секции 9 длиной
·/2 с двумя участками, причем трущийся контакт расположен на расстоянии
·/4 от начала секции в минимуме тока. Внутренний проводник поддерживается стальной шпилькой 8, вращающейся в подшипнике из графитовой бронзы. Это сочленение работает на средних скоростях до 300 об/мин. Вращение подвижной части линии относительно неподвижной осуществляется в двух шарикоподшипниках 7, расположенных на противоположных концах корпуса 2. Герметизация сочленения обеспечивается изопреновым уплотнением 3 в виде кольца. Для уравновешивания системы применены два опорных металлических изолятора 4.


Фиг. 8. Коаксиальное вращающееся сочленение, работающее на больших скоростях.
1 – высокочастотный разъем; 2 – коаксиальная линия; 3 – мембрана; 4 – притертые поверхности; 5 – стальная шпилька в графито-бронзовом подшипнике; 6 – корпус сочленения; 7 – уголковый четвертьволновый изолятор; 8 – войлочно –масляная пробка; 9 – шарикоподшипники; 10 – пазы для смазки; 11 – широкополосные дроссельные секции длиной
·/2 на внутреннем и наружном коаксиале.

На фиг.8 изображено вращающееся сочленение, работающее на больших скоростях (до 1000 об/мин). В сочленении применена герметизация с помощью притертых поверхностей 4 и мембраны 3. На внутреннем и наружном проводниках коаксиала выполнены широко-полосные дроссельные секции 11 длиной
·/2 с двумя участками. Сочленение используется для соединения двух коаксиальных линий, расположенных под прямым углом, что осуществляется с помощью уголкового четвертьволнового изолятора 7. Для обеспечения работы сочленения на больших скоростях применены два шарикоподшипника 9. Подвижная часть корпуса сочленения 6 отделена от неподвижной войлочно-масляной пробкой 8 для предохранения фидерного тракта от пыли и влаги. Внутренний проводник коаксиала поддерживается стальной шпилькой 5, вращающейся в графито-бронзовом подшипнике.


Фиг.9. Герметичное коаксиальное вращающееся сочленение для волны 10 см, рассчитанное для работы на высокой скорости вращения.
1- уравновешенная система с двумя опорными изоляторами;
2- шарикоподшипники; 3- изопреновое уплотнение для низких температур; 4- широкополосные дроссельные секции длиной Л. /2; 5- уголковый четвертьволновый изолятор; 6- высокочастотные разъемы; 7- стальная шпилька; 8- уплотнение; 9- графито-бронзовый подшипник; 10- войлочная масляная пробка; II- коаксиальная линия.

На фиг. 9 изображено коаксиальное вращающееся сочленение, предназначенное для работы при низких температурах ( до -500С) на очень высоких скоростях (до 3000 об/мин). Такую скорость обеспечивает графито-бронзовый подшипник 9 на внутреннем проводнике коаксиала, два больших разнесенных шарикоподшипника 2, изопреновое уплотнение для низких температур 3 и уравновешенная система с двумя опорными изоляторами 1.


Фиг.10. Вращающееся сочленение контактного типа, заполненное диэлектриком.
1 – уплотнительная смазывающая смесь; 2 – диэлектрик; 3 – контактные пружинные пальцы

На фиг.10 представлен возможный тип вращающегося сочленения без дроссельных секций, опор и шайб, которые в основном ограничивают полосу пропускания и передавае-мую мощность» Оно состоит из заполненной диэлектриком коаксиальной линии с конусообразным контактом, который создает длинный путь для утечки высокочастотной энергии между подвижной и неподвижной частями сочленения. В качестве диэлектрика 2 может быть применен фторопласт.
Контакт смазывается специальной уплотнительной смесью 1, которая имеет диэлектрическую проницаемость того же порядка, как и у фторопласта и обладает изоляционными свойствами при высоком напряжении.
На наружный и внутренний проводники одеты контактные пружинные пальцы 3. Такой тип сочленений может быть использован на любой частоте. Из-за наличия диэлектрика и механических контактов этот тип сочленения применяется только при низких скоростях вращения (несколько об/мин) и на средних мощностях передаваемого сигнала.
Г л а в а 2
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВОЛНОВОДНЫХ И КОАКСИАЛЬНО-ВОЛНОВОДНЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ СОЧЛЕНЕНИЙ
Осевая симметрия поля, необходимая для сохранения постоянства передачи электромагнитной энергии при вращении подвижной части волноводного тракта относительно неподвижной, имеется в коаксиальных линиях с основной волной ТЕМ и в круглых волноводах с симметричными волнами типа Е01 и Н01 (фиг. 11).


Фиг.11. Картны полей волн типа Е01, , Н01, Н11 в круглых волноводах.
электрические силовые линии; ---- магнитные силовые линии Сечение c-d Волна Н11 (ТЕ11)

Соответственно сочленения разделяются на два основных вида:
а) волноводные вращающиеся сочленения, которые осуществляются на круглых волноводах;
б) коаксиально-волноводные вращающиеся сочленения, которые осуществляются на коаксиальных линиях.
Так как в качестве фидерной линии в сантиметровом диапазона обычно применяются прямоугольные волноводы с волной Н10 , то в конструкцию сочленений включаются также элементы перехода от прямоугольного волновода к круглому и от прямоугольного - к коаксиалу. Коаксиально-волноводные сочленения имеют существенное преимущество в том, что возникающие в месте соединения коаксиальной линии с волноводом высшие типы волн быстро затухают, тогда как в конструкцию чисто волноводных сочленений приходиться включать специальные устройства для гашения этих волн. Поэтому у коаксиально-волноводных сочленений зависимость основных параметров от угла поворота гораздо меньше, чем у волноводных.
Для обоих видов сочленений величины пропускаемой мощности и полосы частот различаются мало и зависят от конструкции прямого и обратного переходов волновода в коаксиал.
§ 1. Расчет волноводных сочленений
В пособии рассматриваются только сочленения, в которых используется симметричная волна E01 в круглом волноводе.
Сочленения с симметричной волной Н01 (см.фиг.2) имеют ряд особенностей. Волна Н01 при распространении вдоль волновода имеет наименьшее затухание из всех практически используемых типов волн. Кроме того, волна H01 не создает на стенках круглого волновода продольных составляющих поверхностных токов. Это позволяет конструировать круглый волновод сочленения с кольцевым зазором в месте соединения подвижной и неподвижной частей, не применяя дроссельную секцию. Такое сочленение может работать в широком диапазоне частот (
·f
·45-50%). Однако из-за сложности возбуждения волны H01 в круглом волноводе в чистом виде (одновременно возбуждаются волны типа Н11 , Е01 , H21 , E11 ) этот тип сочленения не получил широкого практического применения.
В настоящее время широко распространены волноводные вращающиеся сочленения с симметричной волной E01. В этих сочленениях при переходе от прямоугольного волновода с волной Н10 к круглому волноводу в последнем возникают волны : рабочая – Е01 и более низкая паразитная – Н11. Волна Н11 имеет несимметричную структуру поля и ее энергия в круглом волноводе равна ~ 1%, поэтому необходимы специальные устройства для гашения этой волны (допустимое содержание паразитных несимметричных волн составляет 0,1% по мощности). В конструкциях таких сочленений для подавления паразитных волн широко применяют два вида устройств: а) короткозамкнутые шлейфы или "гасящие объемы" и б) резонансные кольца.
А. Расчет сочленений с короткозамкнутыми шлейфами
Короткозамкнутый шлейф представляет собой круглый волновод, включаемый последовательно с возбуждающим прямоугольным и основным круглым волноводами сочленения. Эквивалентная схема такого сочленения в виде двухпроводных линий представлена на фиг.12.


Фиг.12. Эквивалентная электрическая схема вращающегося сочленения с гасящими объемами.
1- прямоугольные волноводы; 2- короткозамкнутые шлейфы; 3- диафрагмы; 4- круглый волновод.

В этой схеме не учитывается распространение высших типов волн, которые по длине волновода быстро затухают. Длина и диаметр шлейфа рассчитываются из следующих условий. Если длину шлейфа сделать кратной целому числу полуволн типа е01 , то входное сопротивление шлейфов для волны Е01 будет мало, и эта волна без затухания будет распространяться в круглом волноводе. Если одновременно сделать длину шлейфа кратной нечетному числу четвертей длин волн для волны Н11 , то входное сопротивление шлейфов для этой волны будет велико, и волна Н11 в круглом волноводе распространяться не будет. Следовательно, длина шлейфов определяется из условий
13EMBED Equation.31415; 13EMBED Equation.31415 (6)
где n, m = 1,2,3,

·E01 ,
·H11 – длины волн в волноводе.
Если учесть, что диапазонность перехода резко падает при увеличении длины шлейфа, то необходимо взять m= 1, n = 1. Из выражения (6) можно получить уравнение для определения диаметра шлейфа D
·
13EMBED Equation.31415
или
13EMBED Equation.31415 (7)
при
13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415
Диаметр основного круглого волновода сочленения D определяется из условия распространения волны E01 (D > 0,76
· ) и затухания высших типов волн (ближайшей – H21 - D
·0,97
· ), т.е.
0,7б
· < D < 0,97
· (8)
Проверка круглого волновода на максимально пропускаемую мощность не производится, так как в прямоугольном волноводе с волной H10 электрический пробой наступает быстрее, чем пробой в круглом волноводе при любом типе волны.
Для передачи энергии без отражений волновое сопротивление прямоугольного волновода должно быть согласовано с волновым сопротивлением круглого волновода. В качестве согласующих устройств используются емкостные диафрагмы в виде кольцевого выступа, емкостные винты в дне круглого волновода, индуктированные диафрагмы и четвертьволновые трансформаторы в прямоугольном волноводе. В реальных конструкциях сочленений с фильтрующим волну Н11 устройством для согласования чаще всего применяются индуктивные диафрагмы, положение и размеры которых подбираются экспериментально.



Фиг.13. Шлейфовый переход к волне
к волне Е01 для диапазона волн 3,17 – 3,23 см

Фиг.14. Шлейфовый переход к волне
к волне Е01 для диапазона волн 3,27 – 3,33 см..

На фиг.13 и 14 приведены примеры сочленения со шлейфовыми переходами для трехсантиметрового диапазона, размеры которых отработаны экспериментально.
Длина вращающегося сочленения L (см.фиг.29) в основном определяется конструктивной схемой волноводного тракта. Однако надо учесть, что в местах перехода от круглого волновода к прямоугольному существует отраженная волна Е01 и остается не отфильтрованной часть мощности волны Н11. Если длина L кратна целому числу полуволн в волноводе для волны е01 или Н11 , то сочленение превращается в настроенный для этих волн объемный резонатор. Резонанс на волне е01 улучшает условие передачи энергии, но полоса пропускания системы уменьшается. При резонансе на волне Н11 получается усиление этого типа колебаний и возникает паразитная модуляция передаваемого сигнала. Исходя из этих соображений, длина сочленения L должна удовлетворять условиям:
13 EMBED Equation.3 1415 (9)
и
13 EMBED Equation.3 1415 (10)
где n =1,2.
Одновременно выполнить условия (9) и (10) невозможно, поэтому стараются избежать паразитного резонанса на волне Н11 , выполняя условие (10). Чем меньше длина сочленения, тем меньше резонансные свойства и шире полоса пропускания, но при этом одновременно увеличивается связь между прямоугольными волноводами. Для уменьшения этой связи длина сочленения должна быть L> 1,5
·2
·Н11. Полоса пропускания вращающихся сочленений со шлейфовыми переходами не превышает 0,5
·1% при к.б.в. 0,9 и 1,5
·2% при к.б.в. 0,85. Мощность, пропускаемая таким сочленением без опасности пробоя в трехсантиметровом диапазоне, составляет 150 квт.
Б. Расчет сочленений с резонансными кольцами
Сочленение с резонансными кольцами представлено на фиг.15


Фиг.15. Вращающееся сочленение, использующее волну типа Е01 с фильтрующими кольцами для волны типа Н11.
а - перпендикулярная поляризация; б – параллельная поляризация; в – сочленение в сборке. Угол между волноводами 00.

Этот вид сочленений по сравнению с предыдущим имеет более компактную конструкцию и более широкую полосу пропускания частот.
Принцип работы такого устройства заключается в следующем. Для волны Е01 металлическое кольцо представляет эквипотенциальную поверхность, поскольку оно соединяет точки равного потенциала (фиг.16). Линии электрического вектора перпендикулярны кольцу. Поэтому при точной ориентировке кольца в волноводе в нем не возбуждаются токи и волна Е01 распространяется по волноводу без потерь.


Фиг.16. Резонансное кольцо в круглом волвоводе с волнами E01 и Н11

Для волны же Н11 металлическое кольцо замыкает точки с разными потенциалами, поэтому в нем возбуждаются токи, имеющие резонанс при длине кольца, равной длине волны в воздухе. Текущие в кольце токи (фиг.16) возбуждают в волноводе волну типа Н11 с фазой поля, сдвинутой на 180° по отношению к фазе возбуждающего поля. Поэтому в круглом волноводе такого сочленения за кольцом поля волны Н11 взаимно уничтожаются, что обеспечивает высокую степень ее фильтрации. Резонансная частота кольца определяется размерами его поперечного сечения и диаметром. Эквивалентная схема включения кольца в круглый волновод и обозначения его размеров представлены на фиг.17.




Фиг.17. Кольцо в круглом волноводе и его эквивалентная схема.
а – вид в поперечном сечении; б - вид сбоку; в – эквивалентная схема.

Для кольца с круглым сечением и креплением в виде диэлектрической шайбы резонансная длина или средний периметр кольца определяется из выражения
13 EMBED Equation.3 1415, (11)
где
· - поправочный коэффициент, зависящий от толщины кольца и способа его способа его крепления (в среднем величина
· составляет 0,15).
В реальных конструкциях сочленений чаще используется крепление кольца с помощью металлических стержней, припаиваемых к кольцу и стенкам круглого волновода. Крепящие стержни располагаются перпендикулярно диаметральному вектору напряженности электрического поля волны типа Н11 и поэтому не влияют на резонансные свойства кольца. Для некоторых размеров кольца построены графики зависимости эквивалентного шунтирующего реактивного сопротивления кольца (х0/
·) от частоты (
· - волновое сопротивление линии). Эти графики изображены на фиг.18,19,20.


Фиг.18. Эквивалентное шунтирующее реактивное сопротивление для резонансного кольца в круглом волноводе.
R - внутренний радиус круглого волновода;
r - внутренний радиус кольца; r0 - эквивалентный радиус провода кольца, который у кольца из круглой проволоки равен радиусу проволоки.




Фиг.19. Эквивалентное шунтирующее реактивное сопротивление для резонансного кольца в круглом волноводе.
R - внутренний радиус круглого волновода;
r - внутренний радиус кольца; r0 - эквивалентный радиус провода кольца, который у кольца из круглой проволоки равен радиусу проволоки.

Для кольца из проволоки эллиптического сечения r0 определяется по формуле
13 EMBED Equation.3 1415; (12)
для кольца прямоугольного сечения
13 EMBED Equation.3 1415 (13)
при13 EMBED Equation.3 1415
где d
· и d
·
· - размеры кольца, представленные на фиг.17.
Порядок расчета резонансных размеров кольца
1. Определяется радиус круглого волновода сочленения из формулы (8), а также отношение 2
·R
·
·, причем окончательно останавливаются на тех значениях R , которые совпадают с приведенными на одном из трех графиков (фиг. 18,19,20) .


Фиг.20. Эквивалентное шунтирующее реактивное сопротивление для резонансного кольца в круглом волноводе.
R - внутренний радиус круглого волновода; r- внутренний радиус кольца;
r0 – эквивалентный радиус провода кольца, который у кольца из круглой проволоки равен радиусу проволоки - эквивалентный радиус провода кольца, который у кольца из круглой проволоки равен радиусу проволоки.

2. Из графиков определяется значение r0 / R
3. Задаются формой сечения кольца и его толщиной d
· . Если выбирается не круглая форма сечения, d
· принимают в пределах 1 - 2,5 мм.
4. Для эллиптической или прямоугольной формы сечения кольца по формулам (12) или (13) по найденному значению r0 и d
· определяют d
·
· .
5. Из графика, соответствующего выбранному значению r0 / R, находят резонансную величину внутреннего радиуса кольца r , которая получается для нулевого значения реактивного шунтирующего сопротивления ( xa/
· =0).
Расстояние от кольца до дна круглого волновода сочленения выбирается из конструктивных соображений. Так как оно больше четверти длины волны типа Н11, то практически не влияет на резонансную частоту кольца.
Для этого вида сочленений согласование волновых сопротивлений прямоугольного и круглого волноводов осуществляется с помощью емкостных винтов в дне круглого волновода или индуктивных диафрагм в прямоугольном волноводе. Полученные расчетным путем размеры кольца окончательно уточняются экспериментально из условия получения наилучшего к.б.в. в фидерном тракте.
Длина вращающегося сочленения (см.фиг.15) выбирается из условия отсутствия резонанса на волне типа Н11 . Резонансные свойства вращающегося сочленения сильно зависят от углового положения входного и выходного прямоугольных волноводов. Если угол между ними равен 0° или 180°, то крепежные металлические штыри будут перпендикулярны диаметральному вектору напряженности электрического поля волны Н11 (см.фиг.15,а), и резонансное кольцо хорошо отразит эту волну. В этом случае возможный резонанс волны Н11 определяется расстоянием L между фильтрующими кольцами, и для устранения резонанса необходимо это расстояние взять кратным нечетному числу четвертей длины волны Н11.
13 EMBED Equation.3 1415 (14)
где n=1,2.
Если угол между входным и выходным прямоугольными волноводами равен 90° или 270°, то крепежные штыри будут параллельны диаметральному вектору напряженности электрического поля волны Н11 (см. фиг.15,б), и кольцо окажется расстроенным. При этом большая часть энергии волны Н11 пройдет до конца круглого волновода и отразится. В этом случае резонанс на волне Н11 определится расстоянием
L+L
· (см. фиг. 15, а). Для исключения этого резонанса длина L+L
· должна быть кратной нечетному числу четвертей длины волны Н11 в круглом волноводе. А так как для исключения резонанса при углах 0 и 180° расстояние L выбрано по условию (14), то расстояние L
· определяется так:
13 EMBED Equation.3 1415 (15)
где n, = 1,2,3.
Вращающиеся сочленения с фильтрующим резонансным кольцом имеют полосу пропускания частот порядка 7-8% при к.б.в. 0,9, и в трехсантиметровом диапазоне пропускают без пробоя мощность до 200 квт.
На фиг.21 показаны размеры экспериментально отработанных конструкций сочленений с резонансными кольцами для трехсантиметрового диапазона волн.


Фиг.21. Практические конструкции переходов с фильтрующим резонансным кольцом.
а- сочленение, согласованное с помощью четвертьволнового трансформатора;
б- сочленение, согласованное с помощью диафрагмы.

На фиг.21,а представлено сочленение с согласующим устройством в виде четвертьволнового трансформатора в прямоугольном волноводе, причем для улучшения согласования и чистоты волны Е01 круглый волновод в своем основании имеет меньший диаметр (переходы работают в диапазоне волн 3,13-3,53 см при к.б.в. > 0,9). На фиг.21,б изображено сочленение с согласующими устройствами в виде индуктивной диафрагмы в прямоугольном волноводе и емкостной диафрагмы -в круглом (работает в диапазоне волн 3,13-3,53 см при к. б. в. > 0,9).
Сочленение с волной E01 в круглом волноводе может работать в более широкой полосе частот при использовании перехода Кузьмина И.Л. (фиг.22), однако величина максимальной пропускаемой мощности не превышает 100 квт в трехсантиметровом диапазоне волн.


Фиг.22. Переход Н.А. Кузьмина.
а- схема перехода; б- поверхностные токи; в- размеры перехода при
·ср = 3,2 см.

Волна типа E01 в круглом волноводе возбуждается с помощью двух продольных щелей, прорезанных в широкой стенке прямоугольного волновода. Так как продольные щели располагаются на одинаковом расстоянии от торца волновода и по разные стороны от его оси (см, фиг.22), то создаваемые ими поля находятся в противофазе. Такое устройство возбуждает волну Е01 , причем мощность паразитной волны Н11 не превышает 0,1% в полосе частот около 20%. На рис.22 представлены экспериментально отработанные размеры такого сочленения для волны
· = 3,2 см.
Во всех рассмотренных типах сочленений с волной Е01 в круглом волноводе применяются дроссельные секции, аналогичные дроссельным секциям внешнего провода коаксиального вращающегося сочленения, так как волна Е01 тоже создает продольные поверхностные токи. Волна Е01 возбуждает в коаксиальных линиях дроссельной секции основную волну ТЕМ. Для расчета размеров линий дроссельной секции могут быть использованы соотношения, рекомендуемые для расчета дроссельной секции коаксиального вращающегося сочленения (см.гл.1, § 1).
§ 2. Расчет коаксиально-волноводных сочленений
Вращающееся сочленение в таких устройствах осуществляется на коаксиальной линии. Расчеты размеров коаксиальной линии с волной типа ТЕМ и линий дроссельной секции не отличаются от соответствующего расчета коаксиальных сочленений, приведенного в гл,1, § 1. Для перехода от прямоугольного волновода с волной Н10 к коаксиальной линии с волной ТЕМ используются различные конструкции переходов. Ниже рассматривается расчет наиболее распространенных конструкций переходов.
А. Расчет зондового перехода
Схема перехода от прямоугольного волновода к коаксиальной линии с помощью зонда изображена на фиг. 23.


Фиг.23. Зондовый переход от коаксиальной линии к прямоугольному волноводу.
а- вид сбоку; б- вид с торца прямоугольного волновода.

Из фиг.23 видно, что центральный проводник коаксиальной линии входит в волновод и служит антенной. На расстоянии z0 от зонда устанавливается стенка или коротко замыкающий поршень. Переменной величиной является и величина х0 , определяющая положение зонда в поперечном сечении волновода. От длины зонда l, z0 и х0 зависит величина активной и реактивной составляющих входного сопротивления зонда. Подбирая l,z0 ,х0 , на одной частоте можно добиться согласования активной составляющей входного сопротивления зонда с волновым сопротивлением коаксиальной линии и равенства нулю реактивной части входного сопротивления. Согласование возможно, если волновое сопротивление коаксиальной линии меньше удвоенного волнового сопротивления волновода, что практически всегда выполняется. Точный расчет зондового перехода не может быть проведен, так как в опубликованной литературе нет данных для строгого расчета входного сопротивления вибратора, помещенного в волновод.
Для расчета размеров зонда можно воспользоваться приближенный выражением для сопротивления излучения вибратора в волноводе
13 EMBED Equation.3 1415Ом (16)
где
· - длина волны в волноводе;
lд- действующая длина вибратора, определяемая по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415 (17)
где 13 EMBED Equation.3 1415 – волновое число.
При определении действующей длины в первом приближении предполагаем, что распределение тока по вибратору синусоидальное.
Порядок приближенного расчета зондового перехода
1. Расстояние зонда от закорачивающей стенки принимается равным z0 =(0,17 ч 0,2)
· .
2. Активная часть входного сопротивления зонда принимается равной сопротивлению излучения в волноводе R
· , определяемому по формуле (16), а реактивная часть - равной нулю.
3. Для согласования зонда с коаксиальной линией ее волновое сопротивление
·0 должно быть равно активной части входного сопротивления зонда
·0= R
· . Из полученного уравнения находят величину lд , причем считают, что зонд установлен в середине широкой стенки волновода ( х0= а/2 ).
4. Из выражения (17) рассчитывают действительную длину зонда l.
5. Когда антенна работает в диапазоне волн, то длину зонда l принимают равной четверти длины средней волны диапазона в свободном пространстве (экспериментальные данные), a z0 рассчитывают из выражения (16) для двух крайних волн диапазона.
Переход с малым диаметром зонда имеет очень небольшую полосу пропускания частот. Применяя шариковые и каплевидные вибраторы, а также вибраторы больших диаметров, можно полосу пропускания сочленений с такими переходами расширить до 30 - 35% при к.б.в. не ниже 0,7 (фиг.24). Сочленения с зондовыми переходами не могут, пропускать большие мощности, так как из-за малого расстояния между концом зонда и широкой стенкой волновода может произойти электрический пробой.


Фиг.24. Зондовый переход с каплевидным вибратором.

Б. Переходы с Т-вибратором
В отличие от сочленений с зондовыми переходами сочленения с Т-вибратором имеют более широкую полосу пропускания частот. Она достигает 25% при к.б.в. не ниже 0,8 и 45% при к.б.в. не ниже 0,7.
Поперечный стержень Т-образного вибратора эквивалентен включению емкости на его конце. При этом распределение тока вдоль вибратора становится равномерным и остается приблизительно постоянным в диапазоне частот. Передаваемая мощность таких переходов в 2-3 раза больше, чем у зондовых, и ограничивается пробоем в месте перехода от коаксиальной линии к волноводу. Расчет переходов с Т-вибратором представляет трудности, и в опубликованной литературе не приводится, но описываются Т-образные переходы, размеры которых получены экспериментально.
На фиг.25 показан переход с Т-образным вибратором для сантиметрового диапазона волн. Переход соединяет коаксиальную линию с волновым, сопротивлением 50 ом со стандартным волноводом 28,5 х 12,6 мм (переход вычерчен в масштабе). На фиг.26 представлен переход для диапазона волн 20 -30 см, соединяющий коаксиальную линию в волновом сопротивлении 70 ом с волноводом 180 х 85 мм. При конструировании переходов, работающих в другом диапазоне волн, можно воспользоваться размерами рассмотренных переходов, изменив их пропорционально отношению длин волн.


Фиг. 25. Трехсантиметровый переход с Т – вибратором.
а- вид сбоку; б- вид с торца




Фиг. 26. Переход с Т – вибратором.
а - вид с торца; б – вид с боку; в – частная характеристика перехода.

В. Клиновидные переходы
Сочленения с клиновидными переходами по сравнению с другими рассмотренными переходами имеют самую широкую полосу пропускания. В этих переходах поперечное сечение волновода плавно изменяется с помощью клиньев. Изменение волнового сопротивления волновода при этом происходит на большой длине (1 -1,5
·), поэтому отражения от перехода получаются малыми в широкой полосе частот.


Фиг.27. Переход с одним клином. а- общий вид перехода; б- чертеж клина; в- частотная характеристика перехода.

На фиг.27 показан переход от коаксиальной линии с волновым сопротивлением 52 ома к стандартному волноводу 72 х 34 мм с одним клином, работающий в десятисантиметровом диапазоне. Полоса пропускания этого перехода составляет 35% при к.б.в. не ниже 0,7. Если использовать переход с двумя клиньями (фиг.28), то полоса пропускания увеличится до 60% при к.б.в. не ниже 0,7.
Эти переходы могут быть использованы на других диапазонах волн, если их размеры пересчитать пропорционально отношению длин волн диапазона.


Фиг.28. Переход с двумя клиньями.
а- общий вид перехода; б- чертеж клина.

Г. "Пуговичные" переходы
В сочленениях, пропускающих большие уровни мощности, используются так называемые пуговичные переходы (см. фиг. 35), где показано сочленение, работающее в диапазоне волн 8-9 см и пропускающее без пробоя мощность 1-1,5 мгвт. Размеры такого перехода подобраны экспериментально.
§ 3. Конструкции волноводных и коаксиально-волноводных сочленений
При конструировании к сочленениям этого вида предъявляются те же требования, что и к коаксиальным вращающимся сочленениям (см. гл1, § 2). Рассмотрим примеры конструкций сочленений, расчет которых приводился выше.


Фиг. 29. Волноводное вращающееся сочленение с гасящими объемами.
1 – волноводный фланец; 2 – прямоугольный волновод ; 3 – гасящие объемы; 4 – подвижный круглый волновод; 5 – индуктивная диафрагма; 6 – неподвижный круглый волновод; 7 – шарикоподшипник; 8 – корпус сочленения; 9 – гайка крепления подшипника; 10 – притертая неподвижная поверхность; 11 – гайка со стопорными шайбами; 12 – пазы для смазки; 13 – притертая подвижная поверхность; 14 – мембрана; 15 – дроссельная секция круглого волновода.

На фиг.29 изображено волноводное вращающееся сочленение с гасящими объемами 3. В качестве герметизирующего устройства используется мембрана 14 с притертыми поверхностями 10 и 13. Для натяга мембраны служит гайка со стопорными шайбами 11. Сочленение может работать при любых температурах на скоростях до 1000 об/мин. В месте соединения круглых волноводов включена полуволновая замкнутая дроссельная секция 1.5, состоящая из двух параллельных четвертьволновых участков с разными волновыми сопротивлениями, причем трущийся контакт А находится в узле тока. Подвижный 4 и неподвижный 5 круглые волноводы выполняются как одно целое с гасящими объемами. Детали сочленения могут быть изготовлены различными способами:
а) литьем под давлением;
б) гальваническим путем с последующей обработкой на станках и т.д.
Прямоугольный волновод 2 с фланцем I впаивается в круглый волновод припоем Пср-70. Корпус сочленения 8 обычно соединяется с вращающимся основанием, на котором крепится антенна. Для согласования волнового сопротивления прямоугольного волновода с круглым используются индуктивная диаграмма 5, которая впаивается с двух сторон в прорези в узких стенках прямоугольного волновода.



Фиг.30. Волноводное вращающееся сочленение с резонансными кольцами.
1- индуктивные штыри; 2- мембрана, 3- притертая подвижная поверхность; 4- пазы для смазки; 5- притертая неподвижная поверхность, 6- гайка крепления подшипника;
7- шарикоподшипник; 8- емкостная диафрагма в виде кольцевого выступа;
9- резонансные кольца; 10- неподвижный круглый волновод; 11- прямоугольные волноводы; 12- волноводный фланец; 13- гайка для крепления со стопорными шайбами, 14- дроссельная секция в круглом волноводе; 15- подвижный круглый волновод.

На фиг.30 представлено волноводное вращающееся сочленение с резонансными кольцами 9. Герметизация в этом сочленении обеспечивается мембраной 2 и притертыми подвижной 3 и неподвижной 5 поверхностями. Сочленение может работать на скоростях до 1000 об/мин и при любых реальных температурах. В качестве дроссельной секции 14 в круглом волноводе применена полуволновая замкнутая линия, состоящая из двух параллельных четвертьволновых участков с разными волновыми сопротивлениями.
Резонансные кольца 9, выполненные из проволоки прямоугольного сечения, крепятся с помощью металлических стержней. Стержни припаиваются к кольцу и стенкам круглого волновода. Для согласования прямоугольных волноводов II с круглым используются емкостные диафрагмы в виде кольцевого выступа 8 в круглом волноводе и индуктивные штыри I, впаиваемые з прорези в широкой стенке прямоугольного волновода. Диаметр нижней части круглого волновода в месте перехода изменен, чтобы уменьшить амплитуду волны Нц в основном круглом волноводе. Подвижный круглый волновод 15 и неподвижный 10 изготовляются как одно целое с прямоугольными волноводами одним из способов, указанных выше, Волноводный фланец 12 припаян припоем Пср-70.


Фиг. 31. Волноводное вращающееся сочленение с резонансными кольцами.
1- фланец прямоугольного волновода; 2- резонансные кольца; 3- подвижный круглый волновод; 4- дроссельная секция в круглом волноводе; 5- цилиндрические подшипники; 6- гайка крепления; 7,11- войлочно-масляная пробка; 8- неподвижный круглый волновод; 9- индуктивная диафрагма; 10- прямоугольный изогнутый волновод; 12- изопреновое уплотнение; I3- пружинное кольцо.

На фиг.31 показано волноводное вращающееся сочленение с резонансными кольцами 2. В отличие от предыдущего сочленения в нем применена герметизация в виде низкотемпературного изопренового уплотнения 12, эффективного до температуры - 40°С. Вращение осуществляется в двух цилиндрических подшипниках 6 , которые не защищены от излучения из дросселя, поэтому сочленение может работать только на скоростях до 60 об/мин. Резонансные кольца 2, имеющие круглое поперечное сечение, крепятся с помощью металлических стержней ( на рисунке в сечение не попадают), припаиваемых к кольцу и стенкам круглого волновода. Для согласования прямоугольного изогнутого волновода 10 с неподвижным круглым волноводом 8 используется индуктивная диафрагма 9 в прямоугольном волноводе, которая впаивается в прорези в узкой стенке волновода. Прямоугольный волновод впаивается в круглый волновод, причем подвижный круглый волновод 3 изготовляется вместе с корпусом сочленения. Для крепления подшипника используется пружинное кольцо 13, которое одновременно скрепляет подвижную и неподвижную части сочленения. Для предохранения от влаги и пыли поставлена войлочно-масляная пробка 11. Дроссельная секция в круглом волноводе 4 выполнена в виде полуволновой замкнутой линии, состоящей из двух четвертьволновых участков с разными волновыми сопротивлениями.

Фиг.32. Коаксиально-волноводное сочленение с зондовым переходом.
1,8,9,15- настраивающиеся короткозамкнутые заглушки; 2- прямоугольный вращающийся волновод; 3- полуволновая дроссельная секция; 4- корпус сочленения; 5- войлочно-масляная пробка; 6- металлические кольца для крепления и регулировки зазора А;
7- изопреновые уплотнения; 10- фланец прямоугольного волновода; 11- зонд; 12- неподвижная коаксиальная линия; 13- шарикоподшипник; 14- опорные полистироловые шайбы.

На фиг. 32 изображено коаксиально-волноводное вращающееся сочленение с зондовым переходом. Герметизация в этом сочленении обеспечивается изопреновыми уплотнениями 7, укрепленными между металлическими кольцами 6. Одновременно эта система колец дает возможность регулировать зазор А . Сочленение работает на скоростях до 100 об/мин. Вращение осуществляется в двух разнесенных шарикоподшипниках 13. Внутренний проводник коаксиала крепится с помощью двух полистироловых шайб 14. Для настройки зондового перехода служат короткозамкнутые заглушки 1,8,9,15, положение которых подбирается экспериментально.
Дроссельная секция выполнена на внешнем проводнике коаксиала в виде полуволновой линии, замкнутой на конце, состоящей из двух четвертьволновых участков с разными волновыми сопротивлениями. Коаксиальная линия 12 и зонды являются неподвижной частью сочленения, тогда как прямоугольный волновод 2 вместе с корпусом сочленения 4 вращается. Для предохранения от пыли и влаги в сочленении предусмотрена войлочно-масляная пробка 5.



Фиг.33. Коаксиальио-волноводное вращающееся сочленение с зондовопетлевым переходом.
1-неподвижный прямоугольный волновод; 2- зондовый переход; 3- войлочно-масляная пробка, 4- шарикоподшипники; 5- полуволновая дроссельная секция на наружном проводе коаксиала; 6- неподвижная коаксиальная линия; 7- петлевой переход от коаксиала к прямоугольному волноводу; 8- подвижный изогнутый прямоугольный волновод; 9- фланец волновода; 10- мембрана; 11- подвижная притертая поверхность;12- пазы для смазки; 13- гайка для крепления; 14- неподвижная притертая поверхность; 15- корпус сочленения.

На фиг.33 изображено коаксиально-волноводное вращающееся сочленение с петлевым переходом 7, создающим магнитную связь коаксиальной линии с волноводом. Подобное соединение называют еще "внутрилинейным" переходом. В конструкции этого сочленения возможно вращение входного прямоугольного волновода вокруг оси, перпендикулярной оси выходного волновода. При переходе от коаксиальной линии к прямоугольному волноводу используется зондовый переход 2, причем шарик на конце зонда служит для расширения полосы пропускания и увеличения пропускаемой мощности. Сочленение работает в сантиметровом диапазоне волн.
Герметизация в этом сочленении осуществляется при помощи мембраны 10 и притертых подвижной 11 и неподвижной 14 поверхностей. Неподвижная поверхность крепится с помощью гайки 13. Сочленение может работать со скоростями до 300 об/мин при любых реальных температурах. Дроссельная секция 5 необходима только на внешнем проводнике коаксиальной линии и представляет собой полуволновую замкнутую линию с двумя четвертьволновыми участками с разными волновыми сопротивлениями. Вращение осуществляется в двух шарикоподшипниках 4, причем их оси расположены перпендикулярно друг другу. Коаксиальная линия б и прямоугольный волновод 1 неподвижны, тогда как перпендикулярный изогнутый волновод 8 к внутренний провод коаксиала с петлевым и зондовым переходами вращаются с корпусом сочленения 15. Па фигуре не представлена проекция сочленения в перпендикулярной плоскости, отличие которой заключается в том, что широкая стенка волновода уступом переходит в коаксиальную линию. Для предохранения от пыли и грязи предусмотрена войлочно-масляная пробка 3 в виде кольца.





Фиг.34. Коаксиально-волноводное вращающееся сочленение с пуговично-зондовым переходом.
1- заглушка для настройки перехода; 2- пуговичный переход; 3- подвижный прямоугольный волновод; 4- войлочно-масляная пробка; 5- шарикоподшипники; 6- корпус; 7- пружина для крепления подвижной притертой поверхности; 8- неподвижный прямоугольный волновод;
9- фланец; 10- зонд; 11- неподвижная коаксиальная линия; 12- мембрана; 13- неподвижная притертая поверхность; 14- пазы для смазки; 15- подвижная притертая поверхность;
16- гайка для крепления; 17- полуволновая дроссельная секция на внешнем проводнике коаксиала; 18- крепежный винт.

На фиг.34 показано коаксиально-волноводное вращающееся сочленение с пуговично-зондовым переходом, работающее в трехсантиметровом диапазоне волн. Это сочленение может работать при больших скоростях (до 1000 об/мин). Герметизация осуществлена в виде мембраны 12 и подвижной 15 и неподвижной 13 притертых поверхностей. Для крепления неподвижной поверхности и натяга мембраны служат пружина 7 и гайка 16, а также установлен ряд регулировочных колец. Внутренний проводник коаксиальной линии 11, оканчивающийся зондом 10 и пуговичным переходом 2, вращается вместе с прямоугольным волноводом 3. Для настройки переходов служат заглушки 1, которые после экспериментальной проверки сочленения запаиваются. Дроссельная секция 17 на внешнем проводнике коаксиала выполнена в виде короткозамкнутой полуволновой линии с двумя четвертьволновыми секциями с разными волновыми сопротивлениями. Корпус сочленения 6 и прямоугольный волновод 8 неподвижны. Вращение осуществляется в двух разнесенных шарикоподшипниках 5. Для предохранения от пыли и влаги между подвижной и неподвижной частями корпуса поставлена войлочно-масляная пробка 4.


Фиг.35. Коаксиально-волноводное вращающееся сочленение большой мощности с пуговичным переходом.
1- подшипник; 2- дроссельная секция внутреннего проводника; 3- полусферический пуговичный переход; 4- прямоугольный волновод (34,03х72,13 мм); 5- короткозамкнутая заглушка; 6- дроссельная секция внешнего проводника; 7- поглощающий диэлектрик; 8- коаксиальная линия

На фиг.З5 показано коаксиально-волноводное вращающееся сочленение большой мощности с пуговичным переходом. Это сочленение в диапазоне волн 8 - 9 см пропускает без опасности пробоя мощность 1 – 1,5 мгвт. В сочленении используется полусферический пуговичный переход 3 с вмонтированными дроссельными секциями для обеспечения относительного движения между внутренним проводником коаксиальной линии и ''пуговицей''.
Дроссельные секции на внутреннем и внешнем проводниках коаксиала 2 и 6 имеют две последовательно соединенные четвертьволновые секции с различными волновыми сопротивлениями. Такая конструкция сочленения дает возможность разбирать отдельно переход и центральный проводник коаксиальной линии, что удобно в некоторых конструкциях. Сочленение имеет дроссельные секции с обоих концов, что оказалось удобным для разрабатываемого волноводного тракта. Внутренний проводник коаксиальной линии 8 вращается в цилиндрическом подшипнике 1. Так как сочленение рассчитано на большую мощность, то для подавления утечки высокочастотной энергии перед подшипником поставлено кольцо из поглощающего диэлектрика 7.

ЛИТЕРАТУРА
1.Линии передачи сантиметровых волн, под ред. Ремеза Г.А., том 1 и 2, ''Советское радио'', 1951
Белорусов Н.И., Гроднев И.Н., Радиочастотные кабели,
Госэнергоиздат, 1958
Саусворт Д.Н., Принципы и применения волноводной передачи, ''Советское радио'', 1955
Гуревич А.Г., Полые резонаторы и волноводы, ''Советское радио'', 1949.
Дорохов А.П., Расчет и конструирование антенно-фидерных устройств, изд. Харьковского университета, 1960.
Times New RomanVersion 3.00Times New RomanФиг 1Фиг 2Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeФиг 5Фиг 12Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeФиг 13Фиг 14Equation NativeEquation NativeФиг 15Фиг 16Фиг 17 аФиг 17 вEquation NativeФиг 19Equation Native

Приложенные файлы

  • doc 3853108
    Размер файла: 10 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий