Контактная втулка для волноводно-стержневого антенного элемента фазированной антенной решетки

Полезная модель относится к антенным элементам волноводно-стержневого типа. Ее использование в составе волноводно-стержневых элементов проходных фазированных антенных решеток (ФАР), работающих в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), обеспечивает улучшение технико-эксплуатационных характеристик ФАР проходного типа за счет установки металлической втулки, позволяющей обеспечить надежный электрический контакт между металлизированной поверхностью ферритового стержня антенного элемента и поверхностью входного отверстия отрезка волновода. Включение полезной модели в конструкцию волноводно-стержневого элемента ФАР позволяет расширить полосу согласования от исходной величины ~7% до ~15% при возможных перепадах потерь в пределах ±0,3 дБ. 3 з.п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к антенным элементам волноводно-стержневого типа и может быть использована в проходных фазированных антенных решетках (ФАР), работающих в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ).

Известен волноводно-стержневой антенный элемент проходной ФАР, характеризующийся тем, что он содержит фазовращатель с намагничивающей обмоткой, цилиндрический ферритовый стержень, первый и второй круглые двухступенчатые волноводы, при этом цилиндрический ферритовый стержень состоит из трех частей - центрального, первого и второго боковых ферритовых стержней, причем центральный стержень выполнен из феррита с высокой намагниченностью и установлен внутри намагничивающей обмотки, а первый и второй боковые стержни - из феррита с низкой намагниченностью, поверхность центрального и большая часть поверхности первого и второго боковых ферритовых стержней металлизированы и образуют круглый волновод; первым излучателем является обращенный в сторону пространства свободный от металлизации конец первого бокового ферритового стержня цилиндрической формы с фаской, который помещен соосно в первый отрезок первого круглого двухступенчатого волновода большего диаметра, выполненного в соответствии с периодом решетки в металлической плите, образующей конструктивную основу ФАР, при этом торец первого излучателя имеет воздушный зазор с поверхностью первой диэлектрической вставки, установленной во втором отрезке первого двухступенчатого волновода, который имеет несколько больший диаметр по сравнению с первым отрезком и сообщается с пространством; вторым излучателем является свободный от металлизации конец второго бокового ферритового стержня цилиндрической формы с фаской, который помещен соосно в первый отрезок второго круглого двухступенчатого волновода большего диаметра, выполненного в соответствии с периодом решетки в съемной электропроводящей панели, причем торец второго излучателя имеет воздушный зазор с поверхностью второй диэлектрической вставки, установленной во втором отрезке второго двухступенчатого волновода, который имеет несколько больший диаметр по сравнению с первым отрезком и сообщается с пространством со стороны облучателя антенны [1].

В этом устройстве боковые ферритовые стержни проходят в первые отрезки круглых двухступенчатых волноводов через входные отверстия с диаметром, несколько большим диаметра ферритового стержня - примерно на 1,0 мм. Образованный канал выполняет только конструктивные функции, через него ферритовый стержень вставляется в первый отрезок двухступенчатого волновода без повреждения металлического покрытия. Совокупность технологических допусков при монтаже волноводно-стержневых антенных элементов должна удовлетворять требованию: металлизированная часть ферритового стержня никогда не должна попадать в область второго отрезка двухступенчатого волновода. Металлизированная часть бокового ферритового стержня и входное отверстие в силовой плите, являющееся, по сути, отрезком волновода, образуют коаксиальный волновод. В случае несоосности ферритового стержня и отверстия, в этом коаксиале, помимо высших типов волн, может также возникнуть волна ТЕМ, однако ее влияние пренебрежимо мало.

Причины, препятствующие получению указанного ниже технического результата при использовании известного волноводно-стержневого антенного элемента проходной ФАР, заключаются в следующем. Из-за наличия зазора между металлизированной поверхностью ферритового стержня и поверхностью входного отверстия происходят неизбежные потери мощности СВЧ на излучение за счет рассеяния части мощности на конце металлизации ферритового стержня. Дальнейшая минимизация указанного зазора требует ужесточения допусков при изготовлении силовой плиты и съемных электропроводящих панелей для модулей антенных элементов, что повышает вероятность механического повреждения металлизации и выхода из строя ферритовых стержней при сборке или разборке ФАР. При несоосности ферритового стержня и входного отверстия нагрузка на выходе коаксиала может меняться от короткого замыкания до холостого хода. Поэтому, из-за нестабильности реактивного импеданса на входе в коаксиал снижается широкополосность согласования излучателя антенного элемента с пространством.

Сущность полезной модели состоит в следующем. Ее задачей является улучшение технико-эксплуатационных характеристик ФАР проходного типа. Технический результат при осуществлении полезной модели выражается в снижении потерь мощности СВЧ на излучение и в увеличении широкополосности волноводно-стержневых антенных элементов.

Это достигается тем, что в зазоре между металлизированной поверхностью ферритового стержня антенного элемента и поверхностью входного отверстия отрезка волновода, выполненного в силовой плите и съемных электропроводящих панелях для модулей антенных элементов, установлена металлическая втулка с возможностью обеспечения надежного электрического контакта между металлизированной поверхностью ферритового стержня антенного элемента и поверхностью входного отверстия отрезка волновода.

Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены: фиг.1 - конструкция контактной втулки, вид сбоку; фиг.2 - конструкция контактной втулки, вид в плане сверху.

Контактная втулка выполнена в виде скрученного цилиндрического кольца (1), имеющего конической формы лепестки (2) с плавными изгибами и закруглениями на концах, при этом в цилиндрической части втулки имеется компенсационная щель, позволяющая обеспечивать установку втулки в круглый волновод (цилиндрическое отверстие в плите ФАР). На торце цилиндрической втулки имеются отогнутые под 90 градусов лепестки (3), обеспечивающие установку втулки на необходимую глубину, чтобы концы конических лепестков касались границы металлизации ферритового стержня. Для обеспечения надежного контакта лепестков втулки с металлизацией стержня материал втулки должен быть упругим и внутренний диаметр втулки в районе закруглений контактных лепестков должен быть на 0,1-0,2 мм меньше диаметра ферритового стержня.

С целью технологичности изготовления контактной втулки заготовка ее вырезается из листового материала толщиной 0,15 мм. Эта заготовка сворачивается в кольцо, а контактные и установочные лепестки отгибаются в соответствии с требованиями чертежа. Готовая втулка устанавливается в приспособление для проведения термообработки (низкотемпературный отжиг).

Контактную втулку изготавливают из цельного листа толщиной порядка 0,15 мм, например, сплава БрКМц3-1 по ГОСТ4748-92 методом фрезеровки или штамповки и придают ей форму цилиндра с наружным диаметром, обеспечивающим надежный контакт с внутренней поверхностью входного отверстия отрезка волновода, выполненного в силовой плите и съемных электропроводящих панелях для модулей антенных элементов. Пружинящие лепестки отгибают внутрь до требуемого диаметра наружного диаметра конической части втулки, обеспечивающего надежный контакт с металлизацией антенного элемента. Во избежание повреждения лакового покрытия поверхности стержня концы пружинящих лепестков плавно загибают наружу. Лепестки, выполненные в цилиндрической части втулки, отгибают наружу под прямым углом к продольной оси втулки.

Размеры L1, L2 определяются толщиной плиты ФАР, а диаметры D1, D2 выбираются из условия D1/D21,2-1,4.

Технический результат полезной модели подтверждается результатами измерений потерь в антенном элементе (фиг.3). Представленная модифицированная конструкция волноводно-стержневого элемента ФАР (с контактной втулкой) позволяет расширить полосу согласования от исходной величины ~7% до ~15% при возможных перепадах потерь в пределах ±0,3 дБ.

Литература:

1. RU 30215 H01Q 1/16, H01Q 21/00, 2002.

Волноводно-стержневой антенный элемент для проходных фазированных антенных решеток (ФАР), работающих в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), отличающийся тем, что в зазоре между металлизированной поверхностью ферритового стержня антенного элемента и поверхностью входного отверстия отрезка волновода, выполненного в силовой плите и съемных электропроводящих панелях для модулей антенных элементов, установлена металлическая втулка с возможностью обеспечения надежного электрического контакта между металлизированной поверхностью ферритового стержня антенного элемента и поверхностью входного отверстия отрезка волновода.